Las tres leyes de Newton del movimiento (Págs. 43 y ss.)
Los principios básicos de la dinámica, tal como fueron elucidados por Sir Isaac Newton, establecían que a) un objeto en reposo permanecerá en el mismo estado, o si está en movimiento uniforme en línea recta, seguirá moviéndose del mismo modo, a menos que esté sometido a una fuerza externa; b) si una fuerza externa actúa sobre el objeto, entonces su cambio de movimiento (ya sea en velocidad o en dirección) es proporcional a la fuerza externa, es decir F = m a, y c) las fuerzas siempre van por pares, lo cual normalmente se expresa diciendo que para cada acción siempre hay una reacción igual y opuesta.
Definición de aceleración (Págs. 43 y ss.)
La aceleración se define como la relación de cambio de la velocidad (ya sea su magnitud o su dirección) y tiene unidades de distancia/tiempo2.
Peso = Mg (Págs. 44 y 45)
Una consecuencia de la segunda ley de Newton (F = m a), cuando la fuerza externa es la atracción gravitatoria del planeta. La fuerza se conoce en este caso como Peso, y la aceleración debida a la gravedad se indica mediante la letra «g».
v2 = 2gh (Pág. 49)
Una descripción de la velocidad v de un objeto que se mueve bajo la influencia de la gravedad, ralentizándose cuando se eleva o acelerando cuando cae, a lo largo de una distancia h.
Fuerza = G × [MASA 1] × [MASA 2] distancia2 (Pág. 52)
La sencilla expresión, hallada también por Sir Isaac Newton, para la fuerza atractiva entre dos puntos masivos cualesquiera. La fuerza es proporcional al producto de las masas de cada objeto e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa.
g = GM/R2 (Pág. 55)
Una consecuencia de la ley de Newton de la atracción gravitatoria es que la aceleración debida a la gravedad para un objeto grande tal como un planeta o un satélite puede expresarse mediante el producto de una constante universal G (G = 66,7 billonésimas de m3/kg-seg2) por la masa del objeto M, dividida por el cuadrado del radio del objeto. Esta expresión es correcta solamente en el caso de masas con simetría esférica.
gk/gE = ρkRk/ρERE (Pág. 55)
Dado que la masa M de un planeta se puede escribir como el producto de su densidad ρ por su volumen (4πR3/3 en el caso de una esfera) la aceleración por la gravedad g=GM/R2 adopta la forma (4π/3)GρR, y cuando se plantea la relación de las aceleraciones debidas a la gravedad de dos planetas, las constantes G (4π/3) se anulan.
Fuerza X tiempo = cambio del momento (Pág. 69)
Un nuevo planteamiento de la segunda ley (F = m a) en la que la aceleración es el cambio de la velocidad dividida por el tiempo durante el cual actúan las fuerzas externas. El momento se define como el producto de la masa por la velocidad de un objeto.
Aceleración centrípeta a = v2/R (Pág. 76)
Un objeto que se mueve con velocidad v en un arco circular de radio R se caracteriza por una aceleración debida a su cambio continuo de dirección. La magnitud de esta aceleración es v2/R y, para dar cuenta de su cambio de movimiento, sobre el objeto debe actuar una fuerza externa dirigida en el sentido que va hacia el centro de la trayectoria circular, cuyo valor es F = m v2/R.
Trabajo = Fuerza X Distancia (Pág. 144)
El trabajo en física es otra expresión de la energía, y cualquier cambio en la energía cinética de un objeto debe ser el resultado de una fuerza externa que actúa a lo largo de una distancia dada. La expresión indica que uno no efectúa trabajo cuando mantiene un peso sobre su cabeza, pues aunque se aplica una fuerza no hay desplazamiento del objeto estacionario, lo cual contradice el uso común del término trabajo, pero es correcto desde el punto de vista físico, pues una vez que se ha aumentado la energía potencial del objeto al elevarlo una distancia sobre su cabeza, no hay cambio adicional en su energía si se le mantiene indefinidamente en ese estado elevado.
Energía cinética = (1/2) mv2;
Energía potencial = mgh (Págs. 145 y 146)
Las expresiones de la energía asociadas con el movimiento (energía cinética = (1/2) mv2) o para el potencial del movimiento en un campo gravitatorio (energía potencial = mgh). Observe que la expresión para la energía potencial es la misma que para el trabajo efectuado al elevar un objeto de peso mg a una altura h.
Primera ley de la termodinámica (Págs. 159 y ss.)
En esencia es una reformulación del principio de conservación de la energía, indicando que cualquier cambio de la energía interna de un sistema será el resultado de algún trabajo efectuado sobre o por el sistema y cualquier flujo de calor que entra o que sale del sistema.
Segunda ley de la termodinámica (Págs. 163 y ss.)
En cualquier proceso que convierta en trabajo (definido como el producto de fuerza por distancia) la energía calorífica que fluye de un objeto caliente a otro más frío, se producirá inevitablemente alguna pérdida. Es decir, no es posible transformar el cien por cien del flujo de calor en trabajo productivo. Esto está relacionado con la entropía de los sistemas involucrados en el proceso, la cual es una medida del desorden de sus componentes.
Tercera ley de la termodinámica (Págs. 170 y ss.)
Al disminuir la temperatura de un sistema en equilibrio, que es una medida de la energía media de sus componentes, disminuye la entropía del sistema. La entropía de un sistema es nula sólo si puede tener una sola configuración y ese estado tiene lugar únicamente cuando la energía media de cada componente es nula, es decir a la temperatura del cero absoluto, que nunca puede alcanzarse realmente.
La ley de Coulomb de la atracción electrostática (Págs. 199)
La expresión matemática para la fuerza entre dos objetos cargados, indicando que la fuerza es proporcional al producto de la carga de cada objeto dividida por el cuadrado de la distancia que los separa. La fórmula es algebraicamente idéntica a la expresión de Newton para la fuerza gravitatoria. Sin embargo, mientras la gravedad es siempre atractiva, la fuerza entre dos objetos cargados puede ser atractiva si tienen signos opuestos (positivo y negativo) o repulsiva si tienen el mismo signo (ambos positivos o ambos negativos).
Ley de Ohm V = R I (Pág. 231)
Expresión que relaciona el voltaje V que atrae o repele las cargas eléctricas en un conductor de resistencia R formando la corriente I (número de cargas que se mueven a través de un punto dado por unidad de tiempo). Aunque esta expresión es válida para la mayor parte de los metales, no todos los dispositivos electrónicos obedecen a esta sencilla relación lineal.
Energía = h f (Págs. 248 y 249)
La hipótesis cuántica que establece que el cambio de energía de cualquier sistema atómico caracterizado por una frecuencia f puede tener lugar solamente en pasos de magnitud Energía = h f, donde h es la constante de Planck, una constante fundamental de la naturaleza. Cuando un sistema reduce o eleva su energía emitiendo o absorbiendo luz, debe hacerlo mediante paquetes cuantizados de energía llamados «fotones».
La relación de De Broglie pλ = h (Pág. 251)
El movimiento de cualquier materia que tiene un momento p está asociado con una onda de materia de longitud de onda λ, siendo el producto del momento por la longitud de onda la constante h de Planck.
La ecuación de Schrödinger (Pág. 267)
La ecuación de onda fundamental para el «movimiento» de los objetos cuánticos. Conociendo el potencial V que actúa sobre el objeto es posible resolver esta ecuación para obtener la función de onda que caracteriza su comportamiento. El cuadrado de esta función de onda da la densidad de probabilidad de hallar el objeto en un determinado punto del espacio y en un determinado instante, y a partir de esta densidad de probabilidad se pueden obtener los valores promedio o esperados de cualquier cantidad mensurable (posición, momento, etc.).