Outras Obras tradução da 8a Edição nortE-amEricana Física para cientistas e engenheiros Volume 1: Mecânica rJ Tradução da 8ª edição ao yh norte­americana mn o W n. John W. Jewett Jr. e dJ LUZ, ÓPTICA E FÍSICA MODERNA aeW Raymond A. Serway . Se t et John W. JeWett, Jr. • raymond a. SerWay r, WJ r ay. Física para cientistas e engenheiros Este livro tem dois objetivos principais: fornecer ao estudante uma apresentação clara Volume 2: Oscilações, ondas e lógica dos conceitos e princípios básicos da Física e fortalecer a compreensão de e termodinâmica conceitos e princípios por meio de uma vasta gama de aplicações interessantes no Tradução da 8ª edição mundo real. L norte­americana Para atingir esses objetivos, os autores enfatizam argumentos físicos e metodo­ U John W. Jewett Jr. e logia de resolução de problemas. Ao mesmo tempo, tentam motivar o estudante por Z Raymond A. Serway meio de exemplos práticos que demonstram o papel da Física em outras disciplinas, , entre elas, engenharia, química e medicina. Ó Recursos como exemplos resolvidos, testes rápidos, um conjunto extenso de pro­ P Física para cientistas blemas , revisão de conceitos e equações, entre outros, conferem à obra os esforços T e engenheiros dos autores em apresentar recursos pedagógicos que ajudem no processo de ensino Volume 3: Eletricidade e aprendizagem. I C e magnetismo Escrito em estilo claro, lógico e atrativo, Física para cientistas e engenheiros, Volume 4, A Tradução da 8ª edição fundamenta algumas de suas características nas experiências dos autores e nas norte­americana tendências atuais do ensino científico. É o guia principal do estudante para a E John W. Jewett Jr. e compreensão e aprendizagem do tema. F Raymond A. Serway Í Aplicações S Pode ser utilizado como livro­texto dos cursos introdutórios de Física para os próprios I C cursos de bacharelado e licenciatura em Física, Matemática e Química, Engenharias e LUZ, ÓPTICA E A Ciência da Computação. Também pode ser utilizado por aqueles que desejam atuali­ zar­se sobre o conhecimento desta fantástica ciência que é a Física. M FÍSICA MODERNA O D E R John W. JeWett, Jr. • raymond a. SerWay N tradução da 8a Edição A nortE-amEricana isbn 13 978-85-221-1111-4 isbn 10 85-221-1111-1 Para suas soluções de curso e aprendizado, visite www.cengage.com.br 9 788522 111114 Outras Obras tradução da 8a Edição nortE-amEricana Física para cientistas e engenheiros Volume 1: Mecânica rJ Tradução da 8ª edição ao yh norte­americana mn o W n. John W. Jewett Jr. e dJ LUZ, ÓPTICA E FÍSICA MODERNA aeW Raymond A. Serway . Se t et John W. JeWett, Jr. • raymond a. SerWay r, WJ r ay. Física para cientistas e engenheiros Este livro tem dois objetivos principais: fornecer ao estudante uma apresentação clara Volume 2: Oscilações, ondas e lógica dos conceitos e princípios básicos da Física e fortalecer a compreensão de e termodinâmica conceitos e princípios por meio de uma vasta gama de aplicações interessantes no Tradução da 8ª edição mundo real. L norte­americana Para atingir esses objetivos, os autores enfatizam argumentos físicos e metodo­ U John W. Jewett Jr. e logia de resolução de problemas. Ao mesmo tempo, tentam motivar o estudante por Z Raymond A. Serway meio de exemplos práticos que demonstram o papel da Física em outras disciplinas, , entre elas, engenharia, química e medicina. Ó Recursos como exemplos resolvidos, testes rápidos, um conjunto extenso de pro­ P Física para cientistas blemas , revisão de conceitos e equações, entre outros, conferem à obra os esforços T e engenheiros dos autores em apresentar recursos pedagógicos que ajudem no processo de ensino Volume 3: Eletricidade e aprendizagem. I C e magnetismo Escrito em estilo claro, lógico e atrativo, Física para cientistas e engenheiros, Volume 4, A Tradução da 8ª edição fundamenta algumas de suas características nas experiências dos autores e nas norte­americana tendências atuais do ensino científico. É o guia principal do estudante para a E John W. Jewett Jr. e compreensão e aprendizagem do tema. F Raymond A. Serway Í Aplicações S Pode ser utilizado como livro­texto dos cursos introdutórios de Física para os próprios I C cursos de bacharelado e licenciatura em Física, Matemática e Química, Engenharias e LUZ, ÓPTICA E A Ciência da Computação. Também pode ser utilizado por aqueles que desejam atuali­ zar­se sobre o conhecimento desta fantástica ciência que é a Física. M FÍSICA MODERNA O D E R John W. JeWett, Jr. • raymond a. SerWay N tradução da 8a Edição A nortE-amEricana ISBN 13 978-85-221-1349-1 ISBN 10 85-221-1349-1 Para suas soluções de curso e aprendizado, visite www.cengage.com.br 9 788522 113491 Cartela Pedagógica Colorida Mecânica e Termodinâmica Vetores deslocamento Vetores momento e posição linear ( Sp ) e Componente de vetores angular ( SL ) deslocamento e posição Componente de vetores Vetores velocidade linear(Sv) momento linear e angular e angular(vS) Componente de vetores Vetores torque St velocidade Componente de vetores S Vetores força (F) torque Componente de vetores força Direção esquemática Vetores aceleração (Sa) de movimento linear Componente de vetores ou rotacional aceleração Seta dimensional de Setas de transferência de energia W rotação maq Seta de alargamento Q f Molas Qq Polias Seta de processo Eletricidade e Magnetismo Campos elétricos Capacitores Vetores campo elétrico Componentes de vetores campo Indutores (bobinas) elétrico Campos magnéticos Voltímetros V Vetores campo magnético Componentes de vetores Amperímetros A campo magnético Fontes AC Cargas positivas (cid:31) Lâmpadas Cargas negativas (cid:30) Resistores Símbolo de terra Baterias e outras fontes de (cid:31) Corrente alimentação DC (cid:30) Interruptores Luz e Óptica Espelho Raio de luz Espelho curvo Raio de luz focado Raio de luz central Corpos Lente convexa Lente côncava Imagens contra capa.indd 1 25/7/2011 16:55:40 Algumas constantes físicas Quantidade Símbolo Valora Unidade de massa atômica u 1,660538782(83) × 10-27 kg 931,494028(23) MeV/c2 Número de Avogadro NA 6,02214179(30) × 1023 partículas/mol Magneton de Bohr m 5 e " 9,27400915(23) × 10−24 J/T B 2m e Raio de Bohr "2 5,2917720859(36) × 10−11 m a 5 0 me2k e e Constante de Boltzmann k 5 R 1,3806504(24) × 10−23 J/K B N A Comprimento de onda Compton l 5 h 2,4263102175(33) × 10−12 m C mc e Constante de Coulomb k 5 1 8,987551788 . . . × 109 N ? m2/C2 (exato) e 4πP 0 Massa do dêuteron md 3,34358320(17) × 10−27 kg 2,013553212724(78) u Massa do elétron me 9,10938215(45) × 10−31 kg 5,4857990943(23) × 10-4 u 0,510998910(13) MeV/c2 Elétron-volt eV 1,602176487(40) × 10−19 J Carga elementar e 1,602176487(40) × 10−19 C Constante dos gases perfeitos R 8,314472(15) J/mol ? K Constante gravitacional G 6,67428(67) × 10−11 N ? m2/kg2 Massa do nêutron mn 1,674927211(84) × 10−27 kg 1,00866491597(43) u 939,565346(23) MeV/c2 Magneton nuclear m 5 e " 5,05078324(13) × 10−27 J/T n 2m p Permeabilidade do espaço livre m0 4p × 10−7 T ? m/A (exato) Permissividade do espaço livre P 5 1 8,854187817 . . . × 10−12 C2/N ? m2 (exato) e µ c2 0 Constante de Planck h 6,62606896(33) × 10−34 J ? s "5 h 1,054571628(53) × 10−34 J ? s 2 π Massa do próton mp 1,672621637(83) × 10−27 kg 1,00727646677(10) u 938,272013(23) MeV/c2 Constante de Rydberg RH 1,0973731568527(73) ×107 m−1 Velocidade da luz no vácuo c 2,99792458 × 108 m/s (exato) Observação: Essas constantes são os valores recomendados em 2006 pela CODATA com base em um ajuste dos dados de diferentes medições pelo método de mínimos quadrados. Para uma lista mais completa, consulte P. J. Mohr, B. N. Taylor e D. B. Newell, “CODATA Recommended Values of the Fundamental Physical Constants: 2006”. Rev. Mod. Fís. 80:2, 633-730, 2008. a Os números entre parênteses nesta coluna representam incertezas nos últimos dois dígitos. encarte.indd 1 25/7/2011 16:54:38 Dados do Sistema Solar Distância média a Corpo Massa (kg) Raio médio (m) Período (s) partir do Sol (m) Mercúrio 3,30 × 1023 2,44 × 106 7,60 × 106 5,79 × 1010 Vênus 4,87 × 1024 6,05 × 106 1,94 × 107 1,08 × 1011 Terra 5,97 × 1024 6,37 × 106 3,156 × 107 1,496 × 1011 Marte 6,42 × 1023 3,39 × 106 5,94 × 107 2,28 × 1011 Júpiter 1,90 × 1027 6,99 × 107 3,74 × 108 7,78 × 1011 Saturno 5,68 × 1026 5,82 × 107 9,29 × 108 1,43 × 1012 Urano 8,68 × 1025 2,54 × 107 2,65 × 109 2,87 × 1012 Netuno 1,02 × 1026 2,46 × 107 5,18 × 109 4,50 × 1012 Plutãoa 1,25 × 1022 1,20 × 106 7,82 × 109 5,91 × 1012 Lua 7,35 × 1022 1,74 × 106 — — Sol 1,989 × 1030 6,96 × 108 — — a Em agosto de 2006, a União Astronômica Internacional adotou uma definição de planeta que separa Plutão dos outros oito planetas. Plutão agora é definido como um “planeta anão” (a exemplo do asteroide Ceres). Dados físicos frequentemente utilizados Distância média entre a Terra e a Lua 3,84 × 108 m Distância média entre a Terra e o Sol 1,496 × 1011 m Raio médio da Terra 6,37 × 106 m Densidade do ar (20 °C e 1 atm) 1,20 kg/m3 Densidade do ar (0 °C e 1 atm) 1,29 kg/m3 Densidade da água (20 °C e 1 atm) 1,00 × 103 kg/m3 Aceleração da gravidade 9,80 m/s2 Massa da Terra 5,97 × 1024 kg Massa da Lua 7,35 × 1022 kg Massa do Sol 1,99 × 1030 kg Pressão atmosférica padrão 1,013 × 105 Pa Observação: Esses valores são os mesmos utilizados no texto. Alguns prefixos para potências de dez Potência Prefixo Abreviação Potência Prefixo Abreviação 10–24 iocto y 101 deca da 10–21 zepto z 102 hecto h 10–18 ato a 103 quilo k 10–15 fento f 106 mega M 10–12 pico p 109 giga G 10–9 nano n 1012 tera T 10–6 micro µ 1015 peta P 10–3 mili m 1018 exa E 10–2 centi c 1021 zeta Z 10–1 deci d 1024 iota Y encarte.indd 2 25/7/2011 16:54:39 Abreviações e símbolos padrão para unidades Símbolo Unidade Símbolo Unidade A ampère K kelvin u unidade de massa atômica kg quilograma atm atmosfera kmol quilomol Btu unidade térmica britânica L ou l litro C coulomb Lb libra °C grau Celsius Ly ano-luz cal caloria m metro d dia min minuto eV elétron-volt mol mol °F grau Fahrenheit N newton F faraday Pa pascal pé pé rad radiano G gauss rev revolução g grama S segundo H henry T tesla h hora V volt hp cavalo de força W watt Hz hertz Wb weber pol. polegada yr ano J joule Ω ohm Símbolos matemáticos usados no texto e seus significados Símbolo Significado = igual a ≡ definido como ≠ não é igual a ∝ proporcional a ∼ da ordem de > maior que < menor que >>(<<) muito maior (menor) que ≈ aproximadamente igual a Δx variação em x N soma de todas as quantidades x de i = 1 para i = N i axi i = 1 |x| valor absoluto de x (sempre uma quantidade não negativa) Δx S 0 Δx se aproxima de zero dx derivada x em relação a t dt 0x derivada parcial de x em relação a t 0t integral 3 encarte.indd 3 25/7/2011 16:54:40 Física para cientistas e engenheiros Volume 4 Luz, óptica e  física moderna LLiivvrroo FFiissiiccaa vvoolluummee44..iinnddbb ii 1111//0055//22001122 0000::5511::0088 Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP) (Câmara Brasileira do Livro, SP, Brasil) Jewett Jr., John W. Física para cientistas e engenheiros, volume 4 : luz, óptica e física moderna / John W. Jewett Jr., Raymond A. Serway ; tradução All Tasks ; revisão técnica Carlos Roberto Grandini. -- São Paulo : Cengage Learning, 2012. Título original: Physics for scientists & engineers : vol 2 8. ed. norte-americana. ISBN 978-85-221-1349-1 1. Física 2. Mecânica 3. Termodinâmica I. Serway, Raymond A.. II. Grandini, Carlos Roberto. III. Título. 12-03569 CDD-530 Índice para catálogo sistemático: 1. Física 530 LLiivvrroo FFiissiiccaa vvoolluummee44..iinnddbb iiii 1111//0055//22001122 0000::5511::4477 Física para cientistas e engenheiros Volume 4 Luz, óptica e  física moderna Tradução da oitava edição norte-americana John W. Jewett, Jr. Professor Emérito, California State Polytechnic University, Pomona Raymond A. Serway Professor Emérito, James Madison University Com contribuições de Vahé Peroomian, University of California, Los Angeles Tradução: All Tasks Revisão técnica: Carlos Roberto Grandini Professor titular do Departamento de Física da Unesp, campus de Bauru Austrália • Brasil • Japão • Coreia • México • Cingapura • Espanha • Reino Unido • Estados Unidos LLiivvrroo FFiissiiccaa vvoolluummee44..iinnddbb iiiiii 1111//0055//22001122 0000::5511::4477 Física para cientistas e engenheiros © 2010 por Raymond A. Serway Volume 4 – Luz, óptica e física moderna © 2013 Cengage Learning Edições Ltda. Tradução da 8a edição norte-americana Todos os direitos reservados. Nenhuma parte deste livro poderá ser reproduzida, sejam quais forem os meios empregados, sem a John W. Jewett, Jr.; Raymond A. Serway permissão, por escrito, da Editora. Aos infratores aplicam-se as sanções previstas nos artigos 102, 104, 106 e 107 da Lei no 9.610, de 19 de fevereiro de 1998. Gerente editorial: Patricia La Rosa Esta editora empenhou-se em contatar os responsáveis pelos direitos Supervisora editorial: Noelma Brocanelli autorais de todas as imagens e de outros materiais utilizados neste livro. Supervisora de produção gráfica: Fabia- Se porventura for constatada a omissão involuntária na identificação de na Alencar Albuquerque algum deles, dispomo-nos a efetuar, futuramente, os possíveis acertos. Editora de desenvolvimento: Gisela Carnicelli Para informações sobre nossos produtos, entre em Título original: Physics for Scientists and Engineers contato pelo telefone 0800 11 19 39 Vol. 2 (ISBN 13: 978-1-4390-4874-0) Para permissão de uso de material desta obra, envie seu pedido para Tradução: All Tasks [email protected] Revisão técnica: Carlos Roberto Grandini © 2013 Cengage Learning. Todos os direitos reservados. Copidesque: Bel Ribeiro ISBN-13: 978-85-221-1349-1 Revisão: Cristiane Mayumi Morinaga e ISBN-10: 85-221-1349-1 Maria Dolores D. Sierra Mata Cengage Learning Diagramação: PC Editorial Ltda. Condomínio E-Business Park Rua Werner Siemens, 111 – Prédio 20 – Espaço 04 Editora de direitos de aquisição e iconografia: Vivian Rosa Lapa de Baixo – CEP 05069-900 – São Paulo – SP Pesquisa Iconográfica: Ícone Comunicação e Tel.: (11) 3665-9900 – Fax: (11) 3665-9901 SAC: 0800 11 19 39 Josiane Camacho Para suas soluções de curso e aprendizado, visite Capa: MSDE/Manu Santos Design www.cengage.com.br Impresso no Brasil. Printed in Brazil. 1 2 3 4 5 6 7 15 14 13 12 LLiivvrroo FFiissiiccaa vvoolluummee44..iinnddbb iivv 1111//0055//22001122 0000::5511::4477