Introductory Physics II: Waves, Acoustics, Electromagnetism,Optics, and Modern Physics D.G.Simpson,Ph.D. DepartmentofPhysicalSciencesandEngineering PrinceGeorge’sCommunityCollege Largo,Maryland Spring2017 Lastupdated:January22,2017 Contents Acknowledgments 10 I Preliminaries 11 1 WhatisPhysics? 12 2 Units 14 2.1 SystemsofUnits. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 2.2 SIUnits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 2.3 CGSSystemsofUnits. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 2.4 BritishEngineeringUnits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 2.5 UnitsasanError-CheckingTechnique. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 2.6 UnitConversions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 2.7 CurrencyUnits. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 2.8 OddsandEnds. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 3 Problem-SolvingStrategies 23 II Waves 25 4 SimpleHarmonicMotion 26 4.1 Energy. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 4.2 TheVerticalSpring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 4.3 FrequencyandPeriod . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 4.4 MassonaSpring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 4.5 MoreontheSpringConstant. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 5 DampedOscillations 34 5.1 Underdamped . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 5.2 Overdamped. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 5.3 CriticallyDamped . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 6 ForcedOscillations 36 6.1 Resonance. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 7 ThePendulum 38 7.1 EquationofMotion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 1 PrinceGeorge’sCommunityCollege IntroductoryPhysicsII D.G.Simpson 7.2 Period . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 7.3 TheSphericalPendulum. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 7.4 TheConicalPendulum. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 7.5 TheTorsionalPendulum. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 7.6 ThePhysicalPendulum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 7.7 OtherPendulums . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 8 Waves 44 8.1 TypesofWaves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 8.2 WaveSpeed . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 8.3 StringWaves. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 8.4 ReflectionandTransmission. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 8.5 Superposition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 8.6 Interference . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 8.7 WaveEnergy. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 8.8 WaveIntensity. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 8.9 OceanWaves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 8.10 SeismicWaves. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 9 StandingWaves 53 9.1 FixedorFreeatBothEnds. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 9.2 FixedatOneEndandFreeattheOther . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 9.3 VibrationsofRodsandPlates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 III Acoustics 57 10 Sound 58 10.1 SpeedofSound . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 10.2 FrequencyofSound . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 11 TheDopplerEffect 62 11.1 RelativisticDopplerEffect. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 12 SoundIntensity 66 12.1 Intensity. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 12.2 Decibels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 12.3 Nepers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 13 Music 68 13.1 Pitch. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 13.2 MusicalScales. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 13.3 MusicNotation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 13.4 Timing. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 13.5 AnExample . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 13.6 MusicalInstruments. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 2 PrinceGeorge’sCommunityCollege IntroductoryPhysicsII D.G.Simpson IV ElectricityandMagnetism 76 14 Electricity 77 14.1 ElectricCharge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 14.2 Coulomb’sLaw . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 14.3 AtomicViewofElectricity. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 14.4 Materials. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 14.5 Coulomb’sLawinTwoorThreeDimensions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 15 TheElectricField 81 15.1 ElectricFieldduetoaPointCharge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 15.2 ElectricFieldLines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 15.3 TheElectricDipole . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 15.4 ElectricFlux. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 15.5 Gauss’sLaw . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 15.6 ElectricFieldsofConductors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 15.7 DielectricBreakdown . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 15.8 Lightning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 16 ElectricPotential 85 16.1 PotentialEnergy. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 16.2 Potential. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 16.3 EquipotentialSurfaces. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 16.4 ComparisonbetweenGravityandElectricity. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 16.5 TheElectronVolt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 17 TheBattery 88 18 ElectricCurrent 90 19 Resistance 91 19.1 Resistivity. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 19.2 ResistorsinSeriesandParallel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 19.3 Conductance. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 19.4 Wire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 19.5 BatteryInternalResistance. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 20 Ohm’sLaw 97 20.1 ElectricPower. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 21 DCElectricCircuits 98 21.1 SchematicDiagrams. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 21.2 KirchhoffPlots. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 21.3 ASimpleCircuit. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 21.4 CircuitAnalysisPrinciples. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 22 Kirchhoff’sRules 104 22.1 ExampleCircuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 3 PrinceGeorge’sCommunityCollege IntroductoryPhysicsII D.G.Simpson 23 ElectronicInstruments 107 23.1 Ammeter. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 23.2 Voltmeter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 23.3 Ohmmeter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 23.4 Multimeter. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 23.5 Oscilloscope. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 23.6 LogicProbe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 24 Capacitance 109 24.1 Parallel-PlateCapacitor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 24.2 CapacitorsinSeriesandParallel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 24.3 DielectricMaterialsinCapacitors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 24.4 EnergyStoredinaCapacitor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 25 RCCircuits 113 25.1 ChargingRCCircuit. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 25.2 DischargingRCCircuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 26 ElectronicsasaHobby 116 26.1 AnalogElectronics. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116 26.2 DigitalElectronics. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116 26.3 AmateurRadio. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 26.4 Robotics. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 26.5 AmateurRocketry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 26.6 AmateurSatellites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 26.7 SampleElectronicsProjects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119 27 Magnetism 120 27.1 MagneticPoles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 27.2 AtomicViewofMagnetism . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121 28 TheMagneticField 122 28.1 MagneticField. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 28.2 MagneticFieldduetoaSingleMagneticPole. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 28.3 MagneticFieldLines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 28.4 TheMagneticDipole . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123 28.5 MagneticFlux. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123 28.6 Gauss’sLawforMagnetism . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124 28.7 Biot-SavartLaw . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124 28.8 MagneticFieldduetoaLongWire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124 28.9 MagneticFieldofaSolenoid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125 28.10 MagneticFieldofaLooporCoilofWire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125 28.11 TorqueonaMagneticDipoleinaMagneticField . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125 28.12 MagneticPressure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126 29 TheLorentzForce 127 29.1 Plasmas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127 29.2 ForceonaWireinaMagneticField. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 29.3 MagneticForcebetweenTwoLongWires. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 4 PrinceGeorge’sCommunityCollege IntroductoryPhysicsII D.G.Simpson 29.4 TheHallEffect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129 30 Geomagnetism 131 30.1 Earth’sMagneticDipole. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131 30.2 MagneticDeclination . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132 30.3 MagneticInclination. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132 30.4 MagneticReversals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 30.5 TheMagnetosphere . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 30.6 TheAurora . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 31 MagneticMaterials 141 31.1 Diamagnetism . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141 31.2 Paramagnetism. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141 31.3 Ferromagnetism . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141 31.4 PermanentMagnets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142 31.5 CurieTemperature. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142 31.6 EddyCurrents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 32 Ampe`re’sLaw 144 33 Faraday’sLaw 146 33.1 Lenz’sLaw . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146 33.2 MotionalEMF. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 34 Inductance 149 34.1 SolenoidInductor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149 34.2 InductorsinSeriesandParallel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150 34.3 MagneticMaterialsinInductors. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150 34.4 EnergyStoredinanInductor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151 35 LRCircuits 152 36 LCandLCRCircuits 154 36.1 LCCircuits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154 36.2 LCRCircuits. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157 37 ACCircuits 158 38 Memristance 160 39 Electromagnetism 161 39.1 ElectromagneticWaves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161 40 Radio 163 40.1 TheIonosphere . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165 40.2 TheCrystalRadio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166 40.3 TheRadioTransmitter. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169 5 PrinceGeorge’sCommunityCollege IntroductoryPhysicsII D.G.Simpson V Optics 172 41 GeometricalOptics 173 41.1 LawofReflection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173 42 Mirrors 174 42.1 RayDiagrams . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176 42.2 AlgebraicMethod . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177 42.3 SegmentedMirrors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177 43 Refraction 179 43.1 Snell’sLaw . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179 43.2 TotalInternalReflection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179 44 Lenses 181 44.1 RayDiagrams . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182 44.2 AlgebraicMethod . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183 44.3 TheFresnelLens. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184 45 OpticalDefects 185 45.1 SphericalAberration. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185 45.2 ChromaticAberration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185 45.3 Astigmatism. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185 45.4 Coma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185 46 OpticalInstruments 187 46.1 TheMagnifyingGlass. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187 46.2 TheHumanEye . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187 46.3 TheTrilobiteEye . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189 46.4 TheCamera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191 46.5 TheMicroscope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191 46.6 TheTelescope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192 46.7 ThePeriscope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193 46.8 TheKaleidoscope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195 47 Photometry 196 47.1 LuminousFlux. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196 47.2 LuminousIntensity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197 47.3 Illuminance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197 47.4 Example: TheSun. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198 47.5 Example: IncandescentLightBulb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199 47.6 AstronomicalPhotometry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199 48 Young’sExperiment 201 48.1 QuantumEffects. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201 49 Diffraction 203 49.1 TheRayleighCriterion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203 6 PrinceGeorge’sCommunityCollege IntroductoryPhysicsII D.G.Simpson 50 OpticsoftheHubbleSpaceTelescope 205 50.1 TheHubbleSpaceTelescope. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205 50.2 HSTOpticsOverview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206 50.3 Resolution. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206 50.4 SphericalAberration. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208 51 Dispersion 209 51.1 CauchyDispersionFormula . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209 51.2 SellmeierDispersionFormula . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209 52 Polarization 211 52.1 SelectiveAbsorption. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211 52.2 Reflection;Brewster’sLaw . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211 52.3 Scattering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212 52.4 Birefringence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212 53 Color 213 53.1 Lights . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213 53.2 Pigments. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215 53.3 SpectralColors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215 53.4 TheChromaticityDiagram. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216 54 TheRainbow 219 54.1 Colors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219 54.2 ThePrimaryRainbow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219 54.3 TheSecondaryRainbow. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222 54.4 LocationoftheRainbow. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222 54.5 Alexander’sDarkBand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223 54.6 Higher-OrderRainbows . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224 VI ModernPhysics 228 55 SpecialRelativity 229 55.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229 55.2 Postulates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229 55.3 TimeDilation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229 55.4 LengthContraction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230 55.5 AnExample . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230 55.6 Momentum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230 55.7 AdditionofVelocities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231 55.8 Energy. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231 56 Superfluids 233 57 TheStandardModel 236 57.1 Matter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236 57.2 Antimatter. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237 57.3 Forces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237 57.4 TheHiggsBoson . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238 7 PrinceGeorge’sCommunityCollege IntroductoryPhysicsII D.G.Simpson 57.5 ShortGlossaryofParticlePhysics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238 A FurtherReading 240 B Greek Alphabet 244 C Trigonometry 245 D UsefulSeries 249 E MathematicalSubtleties 250 F SIUnits 252 G GaussianUnits 255 H UnitsofPhysicalQuantities 257 I PhysicalConstants 260 J AstronomicalData 261 K UnitConversionTables 262 L AngularMeasure 266 L.1 PlaneAngle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 266 L.2 SolidAngle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 266 M VectorArithmetic 268 N MatrixProperties 271 O MomentsofInertia 273 P TheSimplePlanePendulum: ExactSolution 275 P.1 EquationofMotion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275 P.2 Solution,(cid:2).t/ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276 P.3 Period . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276 Q CIEChromaticityCoordinates 280 R CalculatorPrograms 282 S Right-HandRules 283 T TheEarth’sMagnetosphere 284 U Round-NumberHandbookofPhysics 287 8 PrinceGeorge’sCommunityCollege IntroductoryPhysicsII D.G.Simpson V FundamentalPhysicalConstants—ExtensiveListing 289 W PeriodicTableoftheElements 296 References 296 Index 299 9