Física 3 - Eletromagnetismo - Young

Física 3 - Eletromagnetismo - Young

(Parte 1 de 11)

Addison Wesley

Hugh D.Young Universidade Carnegie-Mellon, Pittsburgh

Roger A. freedman Universidade da California, Santa Barbara

Colaborador A. Lewis Ford Universidade A&M do Texas

Tradu~ao Sonia Midori Yamamoto

Revisao Tecnica Adir Moyses Luiz Doutor em ciencia Professor associado do Instituto de Ffsica da Universidade Federal do Rio de Janeiro

Addison Wesley

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08-02033 COD-537

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Young, Hugh D.

Fisica I: eletromagnetismo / Young e Freedman; [colaborador

A. Lewis Ford] ; traducao Sonia Midori Yamamoto; revisao tecnica Adir Moyses Luiz. - Sao Paulo: Addison Wesley, 2009.

Titulo original: Sear and Zemanskys University physics. 12. ed. americana. ISBN 978-85-88639-34-8

1. Eletromagnetismo 2. Ffsica I. Freedman, Roger A. I. Ford, A. Lewis. II. Titulo.

Indice para catalogo sistematico: 1. Eletromagnetismo : Fisica 537

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FislCA 3 ELETROMAGNETISMO

CAPITULO 21 Carga Eletrlca e Campo Eletrico

21.1 Carga Eletrica 02 21.2 Condutores, Isolantes e Cargas Induzidas 05

21.3 Lei de Coulomb 07 21.4 Campo Eletrico e Forcas Eletricas 12 21.5 Determinacao do Campo Eletrico 17 21.6 Linhas de Forca de urn Campo Eletrico 23 21.7 Dipolos Eletricos 25

Resumo/Principais Termos 28 Questoes/Exercfcios/Problemas 30

CAPITULO 2 Lei de Gauss

2.1 Carga Eletrica e Fluxo Eletrico 40 2.2 Determinacao do Fluxo Eletrico 43 2.3 Lei de Gauss 47 2.4 Aplicacoes da Lei de Gauss 51

2.5 Cargas em Condutores 57

ResumolPrincipais Termos 61 Questoes/Exercfcios/Problernas 63

CAPITULO 23 Potencial Eletrico

23.1 Energia Potencial Eletrica 71 23.2 Potencial Eletrico 78

23.3 Determinacao do Potencial Eletrico 83 23.4 Superficies Equipotenciais 87

23.5 Gradiente de Potencial 90

ResumolPrincipais Termos 92 Questoes/Exercfcios/Problernas 93

CAPITULO 24 Capacitancia e Dieletricos

24.1 Capacitancia e Capacitores 105 24.2 Capacitores em Serie e em Paralelo 109

24.3 Armazenamento de Energia em Capacitores e Energia do Campo Eletrico 112

24.4 Dieletricos 115 *24.5 Modelo Molecular da Carga Induzida 121

*24.6 Lei de Gauss em Dieletricos 122

ResumolPrincipais Termos 124 Quest6eslExerciciosIProbiemas 125

CAPITULO 25 Corrente, Resistencia e Perea Eletromotriz

25.1 Corrente 135 25.2 Resistividade 139 25.3 Resistencia 142 25.4 Forca Eletromotriz e Circuitos 146 25.5 Energia e Potencia em Circuitos Eletricos 151 *25.6 Teoria da Conducao em Metais 155

ResumolPrincipais Termos 157 Questoes/Exercfcios/Problemas 159

CAPITULO 26 Circuitos de Corrente Continua

26.1 Resistores em Serie e em Paralelo 168 26.2 Leis de Kirchhoff 173 26.3 Instrumentos de Medidas Eletricas 178 26.4 Circuito R-C 182

26.5 Sistemas de Distribuicao de Potencia 186

ResumolPrincipais Termos 189 Questoes/Exercfcios/Pro blemas 191

CAPITULO 27 Campo Magnetico e Forcas Magneticas

27.3 Linhas de Campo Magnetico e Fluxo Magnetico 208

27.4 Movimento de Particulas Carregadas em urn Campo Magnetico 211

27.5 Aplicacoes de Movimento e Particulas Carregadas 214

27.6 Forca Magnetica sobre urn Condutor Transportando uma Corrente 217

27.7 Forca e Torque sobre uma Espira de Corrente 220 *27.80 Motor de Corrente Continua 226

*27.90 Efeito Hall 228

ResumolPrincipais Termos 229 Questoes/Exercfcios/Problemas 231 vi FrSICA I

CAPITULO 28 Fontes de Campo Magnetico

28.1 Campo Magnetico de uma Carga em Movimento 243

28.2 Campo Magnetico de urn Elemento de Corrente 246

28.3 Campo Magnetico de urn Condutor Retilineo Transportando uma Corrente 248

28.4 Forca entre Condutores Paralelos 251 28.5 Campo Magnetico de uma Espira Circular 253 28.6 Lei de Ampere 255 28.7 Aplicacoes da Lei de Ampere 258 *28.8 Materiais Magneticos 262

Resumo/Principais Termos 267 Questoes/Exercfcios/Problemas 270

CAPITULO 29 Inducao Eletromagnetica

29.1 Experiencias de Inducao 281 29.2 Lei de Faraday 283

29.3 Lei de Lenz 290 29.4 Forca Eletromotriz Produzida pelo Movimento 292 29.5 Campos Eletricos Induzidos 294 *29.6 Correntes de Foucault 297

29.7 Corrente de Deslocamento e Equacoes de Maxwell 298

Resumo/Principais Termos 303 Questoes/Exercfcios/Problemas 305

CAPITULO 30 Indutancia

30.1 Indutancia Mutua 316 30.2 Indutores e Auto-Indutancia 319 30.3 Energia do Campo Magnetico 323 30.4 0 Circuito R-L 325 30.5 0 Circuito L-C 329 30.6 0 Circuito R-L-C em Serie 3

Resumo/Principais Termos 335 Questoes/Exercfcios/Problemas 337

CAPITULO 31 Corrente Alternada

31.1 Fasor e Corrente Altemada 347 31.2 Resistencia e Reatancia 351 31.30 Circuito R-L-C em Serie 356 31.4 Potencia em Circuitos de Corrente Altemada 361

31.5 Ressonancia em Circuitos de Corrente Altemada 363

Resumo/Principais Termos 369 Questoes/Exerctcios/Problemas 371

CAPITULO 32 Ondas Eletromagneticas

32.1 Equacces de Maxwell e Ondas Eletromagneticas 377

32.2 Ondas Eletromagneticas Planas e a Velocidade da Luz 381

32.3 Ondas Eletromagneticas Senoidais 386

32.4 Energia e Momento Linear em Ondas Eletromagneticas 390

32.5 Ondas Eletromagneticas Estacionarias 395

ResumolPrincipais Termos 398 Questoes/Exercicios/Problemas 399

A Sistema Intemacional de Unidades 405 B Relacoes Matematicas Dteis 407 C Alfabeto Grego 408 D Tabela Periodica dos Elementos 409 E Fatores de Conversao das Unidades 410 F Constantes Numericas 411

Respostas dos Problemas Irnpares 413 Indtce Remissivo 417 Creditos das fotos 423 Sobre os autores 425 ffslCA 1 MECANICA

CAPITULO 1 Unidades, Grandezas Fisicas e Vetores

1.1 A Natureza da Ffsica 1.2 Solucao de Problemas de Ffsica

1.3 Padr6es e Unidades 1.4 Coerencia e Conversao de Unidades 1.5 Incerteza e Algarismos Significativos 1.6 Estimativas e Ordens de Grandeza 1.7 Vetores e Soma Vetorial 1.8 Componentes de Vetores 1.9 Vetores Unitarios 1.10 Produtos de Vetores

ResumolPrincipais Termos Quest6eslExercfciosIProblemas

CAPITULO 2 Movirnento Retilineo

2.1 Deslocamento, Tempo e Velocidade Media 2.2 Velocidade Instantanea 2.3 Aceleracao Instantanea e Aceleracao Media 2.4 Movimento com Aceleracao Constante 2.5 Queda Livre de Corpos *2.6 Velocidade e Posicao por Integracao

ResumolPrincipais Termos Quest6eslExercfciosIProblemas

CAPITULO 3 Movimento em Duas ou Tres Dimensoes

3.1 Vetor Posicao e Vetor Velocidade 3.2 Vetor Aceleracao 3.3 Movimento de um Projetil 3.4 Movimento Circular 3.5 Velocidade Relativa

Resumo/Principais Termos Questoes/Exercfcios/Problemas

CAPITULO 4 Leis de Newton do Movimento

4.1 Forca e Interacoes 4.2 Primeira Lei de Newton 4.3 Segunda Lei de Newton 4.4 Massa e Peso 4.5 Terceira Lei de Newton 4.6 Exemplos de Diagramas do Corpo Livre

Resumo/Principais Termos Questoes/Exercfcios/Problemas

CAPITULO 5 Aplicacoes das Leis de Newton

5.1 Uso da Primeira Lei de Newton: Partfculas em Equilfbrio

5.2 Uso da Segunda Lei de Newton: Dinamica das Partfculas

5.3 Forcas de Atrito 5.4 Dinamica do Movimento Circular *5.5 As Forcas Fundamentais da Natureza

Resumo/Principais Termos Questoes/Exercfcios/Problemas

Sumario vii

CAPITULO 6 Trabalho e Energia Cinetica

6.1 Trabalho 6.2 Energia Cinetica e 0 Teorema do Trabalho-Energia

6.3 Trabalho e Energia com Forcas Variaveis 6.4 Potencia

Resumo/Principais Termos Questoes/Exercfcios/Problernas

CAPITULO 7 Energia Potencial e Conservacao da Energia

7.1 Energia Potencial Gravitacional 7.2 Energia Potencial Elastica 7.3 Forcas Conservativas e Forcas Nao Conservativas 7.4 Forca e Energia Potencial 7.5 Diagramas de Energia

Resumo/Principais Termo Questoes/Exercfcios/Problemas

CAPITULO 8 Momento Linear, Impulso e Colisoes

8.1 Momento Linear e Impulso 8.2 Conservacao do Momento Linear 8.3 Conservacao do Momento Linear e Colis6es 8.4 Colis6es Elasticas 8.5 Centro de Massa *8.6 Propulsao de um Foguete

Resumo/Principais Termos Questoes/Exercfcios/Problemas

CAPITULO 9 Rotacao de Corpos Rigidos

9.1 Velocidade Angular e Aceleracao Angular 9.2 Rotacao com Aceleracao Angular Constante

9.3 Relacoes entre a Cinematica Linear e a Cinematic a Angular

9.4 Energia no Movimento de Rotacao 9.5 Teorema dos Eixos Paralelos *9.6 Calculos de Momenta de Inercia

Resumo/Principais Termos Questoes/Exercfcios/Problernas viii FfslCA I

CAPITULO 10 Dinamica do Movimento de Rotacao

10.1 Torque 10.2 Torque e Aceleracao Angular de urn Corpo Rigido

10.3 Rotacao de urn Corpo Rigido em Torno de urn Eixo Movel

10.4 Trabalho e Potencia no Movimento de Rotacao 10.5 Momento Angular 10.6 Conservacao do Momento Angular 10.7 Girosc6pios e Precessao

ResumolPrincipais Termos Questoes/Exercfcios/Problemas

CAPITULO 1 Equilibrio e Elasticidade

1.1 Condicoes de Equilfbrio 1.2 Centro de Gravidade

1.3 Solucoes de Problemas de Equilfbrio de Corpos Rigidos

1.4 Tensao, Deformacao e M6dulos de Elasticidade 1.5 Elasticidade e Plasticidade

ResumolPrincipais Termos Questoes/Exercfcios/Problemas

fisRCA :2 TERMODINAMICA E ONDAS

CAPITULO 12 Gravitacao

12.1 Lei de Newton da Gravitacao 12.2 Peso 12.3 Energia Potencial Gravitacional 12.4 Movimento de Satelites 12.5 As Leis de Kepler e 0 Movimento de Planetas *12.6 Distribuicao Esferica de Massa

*12.7 Peso Aparente e Rotacao da Terra 12.8 Buraco Negro

ResumolPrincipais Termos Questoes/Exercfcios/Problemas

CAPITULO 13 Movimento Peri6dico

13.1 Causas da Oscilacao 13.2 Movimento Harmonico Simples

13.3 Energia no Movimento Harmonico Simples 13.4 Aplicacoes do Movimento Harmonico Simples 13.50 Pendulo Simples 13.60 Pendulo Fisico 13.7 Oscilacoes Amortecidas 13.8 Oscilacces Forcadas e Ressonancia

ResumolPrincipais Termos Questoes/Exercfcios/Problemas

CAPITULO 14 Mecanica dos Fluidos

14.1 Densidade

14.2 Pressao em urn Fluido 14.3 Empuxo

14.4 Escoamento de urn Fluido 14.5 Equacao de Bernoulli 14.6 Viscosidade e Turbulencia

ResumolPrincipais Termos Questoes/Exercfcios/Problemas

CAPITULO 15 Ondas Mecanicas

15.1 Tipos de Ondas Mecanicas 15.2 Ondas Peri6dicas 15.3 Descricao Matematica das Ondas 15.4 Velocidade de uma Onda Transversal 15.5 Energia no Movimento Ondulat6rio

15.6 Interferencia de Ondas, Condicoes de Contorno de uma Corda e Principio da Superposicao

15.7 Ondas Estacionarias em uma Corda 15.8 Modos Normais de uma Corda

ResumolPrincipais Termos Questoes/Exercfcios/Problemas

CAPITULO 16 Som e Audicao

16.1 Ondas Sonoras 16.2 Velocidade das Ondas Sonoras 16.3 Intensidade do Som 16.4 Ondas Estacionarias e Modos Normais 16.5 Ressonancia e Som 16.6 Interferencia de Ondas 16.7 Batimentos

16.80 Efeito Doppler *16.9 Ondas de Choque

ResumolPrincipais Termos Quest6es/ExerdcioslProblemas

CAPITULO 17 Temperatura e Calor

17.1 Temperatura e Equilfbrio Termico 17.2 Termometros e Escalas de Temperatura 17.3 Termometro de Gas e Escala Kelvin 17.4 Expansao Termica 184 17.5 Quantidade de Calor 190 17.6 Calorimetria e Transicoes de Fases 17.7 Mecanismos-de Transferencia de Calor

ResumolPrincipais Termos Quest6es/ExerdcioslProblemas

CAPITULO 18 Propriedades Termicas da Materia

18.1 Equacoes de Estado 18.2 Propriedades Moleculares da Materia 18.3 Modelo Cinetico-Molecular de urn Gas Ideal 18.4 Calor Especffico *18.5 Velocidades Moleculares 18.6 Fases da Materia

ResumolPrincipais Termos Questoes/Exercfcios/Problemas

CAPITULO 19 APrimeira Lei da Termodinamica

19.1 Sistemas Termodinamicos 19.2 Trabalho Realizado Durante Variacoes de Volume 19.3 Caminhos entre Estados Termodinamicos 19.4 Energia Interna e Primeira Lei da Termodinamica 19.5 Tipos de Processos Termodinamicos 19.6 Energia Interna de urn Gas Ideal 19.7 Calor Especffico de urn Gas Ideal 19.8 Processo Adiabatico de urn Gas Ideal

ResumolPrincipais Termos Questoes/Exercfcios/Problemas

CAPITULO 20 A Segunda Leida Termodinamica

20.1 Sentido de urn Processo Termodinamico 20.2 Maquinas Termicas 20.3 Maquinas de Combustao Interna

Sumario ix

20.4 Refrigeradores 20.5 Segunda Lei da Termodinamica 20.6 a Ciclo de Carnot 20.7 Entropia *20.8 Interpretacao Microsc6pica da Entropia

ResumolPrincipais Termos Quest6es/ExercfcioslProblemas

CAPITULO 3 Natureza e Propagacao da Luz

3.1 Natureza da Luz 3.2 Reflexao e Refracao 3.3 Reflexao Intema Total *3.4 Dispersao 3.5 Polarizacao *3.6 Espalhamento da Luz 3.7 Princfpio de Huygens

ResumolPrincipais Termos Quest6es/ExercfcioslProblemas

CAPITULO 34 Otica Geometrica e Instrumentos de Otica

34.1 Reflexao e Refracao em uma Superffcie Plana 34.2 Reflexao em uma Superffcie Esferica 34.3 Refracao em uma Superffcie Esferica 34.4 Lentes Delgadas 34.5 Camera 34.6 a alho 34.7 A Lupa 34.8 Microsc6pios e Telescopios

ResumolPrincipais Termos Questoes/Exercfcios/Problemas

CAPITULO 35 Interferencia

35.1 Interferencia e Fontes Coerentes 35.2 Interferencia da Luz Produzida por Duas Fontes

35.3 Intensidade das Figuras de Interferencia 35.4 Interferencia em Pelfculas Finas 35.5 a Interferometro de Michelson

ResumolPrincipais Termos Questoes/Exercfcios/Problernas x FISICA I

CAPITULO 36 Difracao

36.1 Difracao de Fresnel e Difracao de Fraunhofer 36.2 Difracao Produzida por uma Fenda Simples

36.3 Intensidade na Difracao Produzida por uma Fenda Simples

36.4 Fendas Mtiltiplas 36.5 A Rede de Difracao 36.6 Difracao de Raios X 36.7 Oriffcios Circulares e Poder de Resolucao *36.8 Holografia

Resumo/Principais Termos Questoes/Exercfcios/Problemas

CAPITULO 37 Relatividade

37.1 Invariancia das Leis Ffsicas 37.2 Relatividade da Simultaneidade 37.3 Relatividade dos Intervalos de Tempo 37.4 Relatividade do Comprimento 37.5 As Transformacoes de Lorentz *37.6 0 Efeito Doppler para as Ondas Eletromagneticas 37.7 Momento Linear Relativfstico 37.8 Trabalho e Energia na Relatividade 37.9 Mecanica Newtoniana e Relatividade

ResumolPrincipais Termos Questoes/Exerctcios/Problemas

CAPITULO 38 Fotons, Eletrons e Atomos

38.1 Emissao e Absorcao da Luz 38.2 0 Efeito Fotoeletrico 38.3 Espectro Atomico de Linhas e Nfveis de Energia

38.4 0 Nticleo do Atomo 38.5 0 Modelo de Bohr 38.60 Laser 38.7 Espalhamento e Producao de Raios X 38.8 Espectro Continuo 38.9 A Dualidade Onda-Particula

Resumo/Principais Termos Questoes/Exercfcios/Problemas

CAPITULO 39 A Natureza Ondulat6ria das Particulas

39.1 Onda de De Broglie 39.2 Difracao de Eletrons 39.3 Probabilidade e Incerteza 39.4 0 Microsc6pio Eletronico 39.5 Puncao de Onda e Equacao de Schrodinger

ResumolPrincipais Termos Questoes/Exercicios/Problemas

CAPITULO 40 Mecanica Ouantica

40.1 Partfcula em uma Caixa 40.2 Poco de Potencial 40.3 Barreira de Potencial e Efeito Ttinel 40.4 0 Oscilador Harmonico 40.5 Problemas em 'Ires Dimens6es

ResumolPrincipais Termos Quest6eslExercfciosIProblemas

(Parte 1 de 11)

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