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Optica

Biofısica de los procesos SensorialesPrograma Microbiologıa y/o Bacteriologıa

Primer SemestreUniversidad Libre - Seccional Barranquilla

Departamento de ciencias Basicas Generales

Matıas Enrique Puello [email protected]

www.matiaspuello.wordpress.com

21 de febrero de 2017

Matıas Puello Optica 21 de febrero de 2017 1 / 46

Optica

Biofısica de los procesos SensorialesPrograma Microbiologıa y/o Bacteriologıa

Primer SemestreUniversidad Libre - Seccional Barranquilla

Departamento de ciencias Basicas Generales

Matıas Enrique Puello [email protected]

www.matiaspuello.wordpress.com

21 de febrero de 2017

Optica

Indice

1 Introduccion

2 Definicion de la OpticaTeorıas sobre la luzOrigen de la luzPropagacion de la LuzLos cuerpos desde la opticaClasificacion fenomenos

3 Velocidad de la luzIndice de refraccion

4 Fenomenos de la luzReflexion y RefraccionLeyes de la Reflexion yRefraccionReflexion total

5 Referencias

Optica

Capıtulo Optica

Optica

Introduccion

Indice

1 Introduccion

5 Referencias

Optica

Introduccion

La luz, es una onda que propaga energıa sin propagar masa. Laluz es esencial para toda clase de vida que hay sobre la tierraporque las plantas utilizan la energıa solar en forma de luz parasintetizar los carbohidratos.

La luz como el sonido, tambien proporciona a los animalesinformacion vital acerca de su medio ambiente.Para el estudiante de ciencias de la salud, es de suma importanciael conocimiento de los conceptos fundamentales de la opticageometrica, ya que esto le permite conocer las leyes que rigen elcomportamiento de un rayo de luz al propagarse; en losfenomenos de la Reflexion, Refraccion y Reflexion total.

Optica

Introduccion

La luz, es una onda que propaga energıa sin propagar masa. Laluz es esencial para toda clase de vida que hay sobre la tierraporque las plantas utilizan la energıa solar en forma de luz parasintetizar los carbohidratos.La luz como el sonido, tambien proporciona a los animalesinformacion vital acerca de su medio ambiente.

Para el estudiante de ciencias de la salud, es de suma importanciael conocimiento de los conceptos fundamentales de la opticageometrica, ya que esto le permite conocer las leyes que rigen elcomportamiento de un rayo de luz al propagarse; en losfenomenos de la Reflexion, Refraccion y Reflexion total.

Optica

Introduccion

La luz, es una onda que propaga energıa sin propagar masa. Laluz es esencial para toda clase de vida que hay sobre la tierraporque las plantas utilizan la energıa solar en forma de luz parasintetizar los carbohidratos.La luz como el sonido, tambien proporciona a los animalesinformacion vital acerca de su medio ambiente.Para el estudiante de ciencias de la salud, es de suma importanciael conocimiento de los conceptos fundamentales de la opticageometrica, ya que esto le permite conocer las leyes que rigen elcomportamiento de un rayo de luz al propagarse; en losfenomenos de la Reflexion, Refraccion y Reflexion total.

Optica

Definicion de la Optica

Indice

1 Introduccion

5 Referencias

Optica

Que es la Optica

En un primer acercamiento podriamos decir que

La Optica es la rama de la fısica que estudia la naturaleza,velocidad y comportamiento de la luz al propagarse.

Optica

Que es la Optica

Optica

Que es la Optica

Optica

Teorıas sobre la luz

Indice

1 Introduccion

5 Referencias

Optica

Pitagoras de Samos (Siglo VI A.C.)

“La luz es algo que fluye delpropio cuerpo luminoso y que

captan nuestros ojos”

Optica

Pitagoras de Samos (Siglo VI A.C.)

“La luz es algo que fluye delpropio cuerpo luminoso y que

captan nuestros ojos”

Optica

Platon (429-347 A.C.)“La luz es una accion

entre algo queemanaba de tres focos:los ojos, el objeto que

se ve y el foco queilumina”

Optica

Platon (429-347 A.C.)“La luz es una accion

entre algo queemanaba de tres focos:los ojos, el objeto que

se ve y el foco queilumina”

Optica

Robert Hoocke (1653-1703)

“Estudiando los colores delas burbujas y otras laminas

delgadas, concluye que la luzes la vibracion rapida de

algo”

Optica

Robert Hoocke (1653-1703)

“Estudiando los colores delas burbujas y otras laminas

delgadas, concluye que la luzes la vibracion rapida de

algo”

Optica

Cristian Huygens (1629-1695)

“La energıa emitidapor el cuerpo luminosose propaga, aun en elvacıo, mediante un

movimientoondulatorio”. Teorıaondulatoria de la luz

Optica

Cristian Huygens (1629-1695)

“La energıa emitidapor el cuerpo luminosose propaga, aun en elvacıo, mediante un

movimientoondulatorio”. Teorıaondulatoria de la luz

Optica

Isaac Newton (1642- 1727)

“La luz esta compuesta porpequenas partıculas que se

propagan en todasdirecciones en lınea recta con

velocidad finita y que alpenetrar el ojo chocan contra

la retina, dando origen asensaciones luminosas”

Optica

Isaac Newton (1642- 1727)

“La luz esta compuesta porpequenas partıculas que se

propagan en todasdirecciones en lınea recta con

velocidad finita y que alpenetrar el ojo chocan contra

la retina, dando origen asensaciones luminosas”

Optica

Teorıa Corpuscular Vs Ondulatoria

El gran prestigio de Newton hizo que la gente de ciencia tomase pocoen cuenta la teorıa ondulatoria de Huygens y se inclinase por la teorıacorpuscular del gran fısico ingles

Habıa en las leyes de la refraccion de estas dos teorıas afirmacionesopuestas. Segun la teorıa ondulatoria la velocidad de la luz en el airedebe ser mayor que en el agua. En cambio la teorıa corpuscularafirmaba todo lo contrario.

Optica

James C. Maxwell(1831-1879)

En 1873 da a conocer suteorıa que afirma: “la luz es

una perturbacionelectromagnetica, debido a lasuperposicion de un campoelectrico y uno Magnetico,perpendiculares entre sı,

propagandose en el vacıo enforma de ondas y convelocidad constante”.

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James C. Maxwell(1831-1879)

En 1873 da a conocer suteorıa que afirma: “la luz es

una perturbacionelectromagnetica, debido a lasuperposicion de un campoelectrico y uno Magnetico,perpendiculares entre sı,

propagandose en el vacıo enforma de ondas y convelocidad constante”.

Optica

Heinrinch Hertz (1857- 1894)Al producir ondas

electromagneticas en uncircuito electrico,

demostro que ellas poseenlas mismas caracterısticas de

la luz.

Con todas las experienciasrealizadas, durante el siglo

XIX, se considera correcta lateorıa ondulatoria de la luz.

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Heinrinch Hertz (1857- 1894)Al producir ondas

electromagneticas en uncircuito electrico,

demostro que ellas poseenlas mismas caracterısticas de

la luz.

Con todas las experienciasrealizadas, durante el siglo

XIX, se considera correcta lateorıa ondulatoria de la luz.

Optica

Espectro electromagnetico

Indice

1 Introduccion

5 Referencias

Optica

Albert Einstein (1879-1955)En 1905 sorprende al mundocientıfico, que hace volver a

considerar la teorıa corpuscular deNewton. El celebre fenomeno

estudiado por Einstein se llamaEFECTO FOTELECTRICO.

Para explicar este fenomeno,supuso que la energıa de unaradiacion luminosa viaja en

pequenos paquetes de energıa quellamo FOTONES. Con esto

afirmaba la naturaleza corpuscularde la luz.

Optica

estudiado por Einstein se llamaEFECTO FOTELECTRICO.Para explicar este fenomeno,supuso que la energıa de unaradiacion luminosa viaja en

Optica

estudiado por Einstein se llamaEFECTO FOTELECTRICO.Para explicar este fenomeno,supuso que la energıa de unaradiacion luminosa viaja en

Optica

Teorıa actual sobre la luz

Hoy, se acepta el comportamiento Dual de la luz. Esta doblenaturaleza se manifiesta en que la luz se propaga en forma de onda yen su interaccion con la materia, por ejemplo en la absorcion yemision, se comporta como corpusculo

Optica

Teorıa actual sobre la luzHoy, se acepta el comportamiento Dual de la luz. Esta doblenaturaleza se manifiesta en que la luz se propaga en forma de onda yen su interaccion con la materia, por ejemplo en la absorcion yemision, se comporta como corpusculo

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Origen de la luz

Indice

1 Introduccion

5 Referencias

Optica

Origen de la luz

La luz natural tiene su origen en las reacciones nucleares que seproducen en el interior de los astros.

La luz artificial tiene su origen en cuerpos incandescentes queemiten energıa mediante radiacion.

Postulados de la luz

1 La luz se propaga en forma rectilınea

2 La luz puede ir y volver por el mismo camino (reversibilidad de loscaminos opticos)

3 La luz presenta las mismas caracterısticas en un medio homogeneoe isotropico

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Origen de la luz

La luz natural tiene su origen en las reacciones nucleares que seproducen en el interior de los astros.La luz artificial tiene su origen en cuerpos incandescentes queemiten energıa mediante radiacion.

Optica

Origen de la luz

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Origen de la luz

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Origen de la luz

Optica

Origen de la luz

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Propagacion de la Luz

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1 Introduccion

5 Referencias

Optica

Propagacion rectilınea de la luz

Como consecuencia de la propagacion rectilınea de la luz se puedeobservar diversos fenomenos tales como:

I Eclipse de sol

I Eclipse de luna

Optica

I Eclipse de sol

I Eclipse de luna

Optica

I Eclipse de sol

I Eclipse de luna

Optica

I Eclipse de sol

I Eclipse de luna

Optica

Los cuerpos desde la optica

Indice

1 Introduccion

5 Referencias

Optica

Segun capacidad para generar luz

I Luminosos: los que generan luz propia (el sol)I Luminoso artificial

I Luminoso natural

I Iluminados: no generan luz por si mismos (la madera)

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Segun capacidad para generar luzI Luminosos:

los que generan luz propia (el sol)I Luminoso artificial

I Luminoso natural

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Segun capacidad para generar luzI Luminosos: los que generan luz propia (el sol)

I Luminoso artificial

I Luminoso natural

Optica

I Luminoso natural

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I Luminoso natural

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I Luminoso natural

I Iluminados:

no generan luz por si mismos (la madera)

Optica

I Luminoso natural

Optica

Segun capacidad para dejar pasar luz1 Opacos: Son los cuerpos que no dejan pasar la luz.

2 Translucidos: Son los cuerpos que dejan pasar parte de la luz.

3 Transparentes: Son aquellos cuerpos que dejan pasar casi toda laluz.

Optica

Segun capacidad para dejar pasar luz

1 Opacos: Son los cuerpos que no dejan pasar la luz.

Optica

Segun capacidad para dejar pasar luz1 Opacos:

Son los cuerpos que no dejan pasar la luz.

Optica

2 Translucidos:

Son los cuerpos que dejan pasar parte de la luz.

Optica

3 Transparentes:

Son aquellos cuerpos que dejan pasar casi toda laluz.

Optica

Clasificacion fenomenos

Indice

1 Introduccion

5 Referencias

Optica

Clasificacion de los fenomenos opticos

Segun las propiedades conocidas de la luz, que se manifiestan enlos diversos experimentos, la optica (parte de la fısica que estudialo relacionado con la luz) puede clasificarse en:

1 Optica geometrica (Reflexion, refraccion y Dispersion)

2 Optica fısica (Difraccion, Interferencia y Polarizacion)

3 Optica cuantica (Efecto Compton - Efecto Fotoelectrico)

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Velocidad de la luz

Indice

1 Introduccion

5 Referencias

Optica

Velocidad de la luz

Ademas de la pregunta sobre la naturaleza de la luz existe lapregunta sobre su velocidad.

Alrededor de los anos 1600, Galileo intento medir la velocidad dela luz con un tosco experimento, pero fracaso.

En 1676, Ole Romer (1644 - 1710) Obtuvo el primer valor finito dela velocidad de la luz.

La primera medicion la llevo a cabo en 1849, ArmandHipopolyte Louis Fizeau (1819 - 1896), quien se baso en elexperimento de Galileo, pero le hizo unas modificaciones.Desde que Fizeau hizo el primer experimento, la velocidad de laluz se ha medido repetidamente y con mayor precision. su valoren el vacio es

c = 3, 00 × 108 (ms )

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Velocidad de la luz

Ademas de la pregunta sobre la naturaleza de la luz existe lapregunta sobre su velocidad.Alrededor de los anos 1600, Galileo intento medir la velocidad dela luz con un tosco experimento, pero fracaso.

c = 3, 00 × 108 (ms )

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Velocidad de la luz

c = 3, 00 × 108 (ms )

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Velocidad de la luz

La primera medicion la llevo a cabo en 1849, ArmandHipopolyte Louis Fizeau (1819 - 1896), quien se baso en elexperimento de Galileo, pero le hizo unas modificaciones.

Desde que Fizeau hizo el primer experimento, la velocidad de laluz se ha medido repetidamente y con mayor precision. su valoren el vacio es

c = 3, 00 × 108 (ms )

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Velocidad de la luz

c = 3, 00 × 108 (ms )

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Velocidad de la luz

c = 3, 00 × 108 (ms )

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Velocidad de la luz

c = 3, 00 × 108 (ms )

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Velocidad de la luz

Ejemplos

Ejemplo 1 Frecuencia de la luz roja

Cual es la frecuencia de la luz roja con una longitud de onda de700 nm?

Ejemplo 2 Frecuencia de la luz violeta

Cual es la frecuencia de la luz violeta con una longitud de onda de400 nm?

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Velocidad de la luz

Ejemplos

Ejemplo 1 Frecuencia de la luz roja

Cual es la frecuencia de la luz roja con una longitud de onda de700 nm?

Ejemplo 2 Frecuencia de la luz violeta

Cual es la frecuencia de la luz violeta con una longitud de onda de400 nm?

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Velocidad de la luz

Indice de refraccion

Indice

1 Introduccion

5 Referencias

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Velocidad de la luz

Indice de refraccion n de una sustancia

De acuerdo con la ley de Willebord Snell (1591-1626) , la rapidezde la luz depende del medio por el cual se propaga. La rapidezmaxima de la luz es en el vacıo de valor aproximado

v = 3,0 × 108 (ms )

El ındice de refraccion nos da cuenta del valor de la rapidez de laluz en cualquier medio en que ella pueda propagarse. Por ejemploen el agua es de

v = 2, 25 × 108 (ms )

La razon de la velocidad de la luz en el vacıo a la velocidad de laluz en una sustancia particular se llama indice de refraccion n de lasustancia:

n = cv

Optica

Velocidad de la luz

v = 3,0 × 108 (ms )

v = 2, 25 × 108 (ms )

n = cv

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Velocidad de la luz

v = 3,0 × 108 (ms )

v = 2, 25 × 108 (ms )

n = cv

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Velocidad de la luz

v = 3,0 × 108 (ms )

v = 2, 25 × 108 (ms )

n = cv

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Velocidad de la luz

v = 3,0 × 108 (ms )

v = 2, 25 × 108 (ms )

n = cv

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Velocidad de la luz

v = 3,0 × 108 (ms )

v = 2, 25 × 108 (ms )

n = cv

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Velocidad de la luz

v = 3,0 × 108 (ms )

v = 2, 25 × 108 (ms )

n = cv

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Velocidad de la luz

v = 3,0 × 108 (ms )

v = 2, 25 × 108 (ms )

n = cv

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Velocidad de la luz

v = 3,0 × 108 (ms )

v = 2, 25 × 108 (ms )

n = cv

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Fenomenos de la luz

Indice

1 Introduccion

5 Referencias

Optica

Fenomenos de la luz

Reflexion y Refraccion

Indice

1 Introduccion

5 Referencias

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Fenomenos de la luz

En un medio homogeneo una onda plana se desplaza en lınearecta con una velocidad v que es caracterıstica del medio.

Cuando la onda llega a la superficie que separa a un medio delotro, parte de la onda es reflejada en esa superficie y vuelve alprimer medio y parte de la onda pasa al segundo medio.La parte de la onda que pasa al segundo medio se llama ondarefractada.

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Fenomenos de la luz

En un medio homogeneo una onda plana se desplaza en lınearecta con una velocidad v que es caracterıstica del medio.Cuando la onda llega a la superficie que separa a un medio delotro, parte de la onda es reflejada en esa superficie y vuelve alprimer medio y parte de la onda pasa al segundo medio.

La parte de la onda que pasa al segundo medio se llama ondarefractada.

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Fenomenos de la luz

En un medio homogeneo una onda plana se desplaza en lınearecta con una velocidad v que es caracterıstica del medio.Cuando la onda llega a la superficie que separa a un medio delotro, parte de la onda es reflejada en esa superficie y vuelve alprimer medio y parte de la onda pasa al segundo medio.La parte de la onda que pasa al segundo medio se llama ondarefractada.

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Fenomenos de la luz

Optica

Fenomenos de la luz

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Fenomenos de la luz

Leyes de la Reflexion y Refraccion

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Fenomenos de la luz

Considerando el comportamiento de los frentes de onda se puedededucir las relaciones entre los angulos r y t con el angulo deincidencia i.

i = r ley de la reflexion

n1 sin i = n2 sin t ley de la refraccion ( ley de Snell )

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Fenomenos de la luz

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Fenomenos de la luz

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Fenomenos de la luz

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Fenomenos de la luz

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Fenomenos de la luz

Ejemplos de Refraccion

Ejemplo 1 Aplicacion ley general de Snell

Un haz de luz en el aire incide sobre el agua con un angulo de 30o

¿cual es el angulo del haz dentro del agua?

¿Con que angulo debe incidir un rayo de luz sobre el etanol (Indice deletanol 1.354) para que se refracte dentro del lıquido a 25o?

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Fenomenos de la luz

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Fenomenos de la luz

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Fenomenos de la luz

Reflexion total

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Fenomenos de la luz

Reflexion total

Un rayo de luz es refractado apartandose de la normal cuandoentra a un medio de ındice de refraccion mas bajo.

Este caso es especialmente interesante, ya que la refraccion se dahasta cierto lımite, de ahı en adelante la luz se refleja totalmenteen el mismo medio.

El angulo mas pequeno o crıticopara que exista reflexion ocurrecuando

sin i = n2n1

A partir de esta ecuacion sepuede determinar el ındice derefraccion de una sustancia,midiendo el angulo crıtico.

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Fenomenos de la luz

Reflexion total

Un rayo de luz es refractado apartandose de la normal cuandoentra a un medio de ındice de refraccion mas bajo.Este caso es especialmente interesante, ya que la refraccion se dahasta cierto lımite, de ahı en adelante la luz se refleja totalmenteen el mismo medio.

sin i = n2n1

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Fenomenos de la luz

Reflexion total

sin i = n2n1

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Fenomenos de la luz

Reflexion total

sin i = n2n1

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Fenomenos de la luz

Reflexion total

sin i = n2n1

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Fenomenos de la luz

Reflexion total

sin i = n2n1

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Fenomenos de la luz

Reflexion total

sin i = n2n1

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Fenomenos de la luz

Reflexion total

sin i = n2n1

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Fenomenos de la luz

Reflexion total

Gracias por su amable atencion

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Referencias

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Referencias

A.H. Cromer.Fısica para las ciencias de la vidaLibro basico, Editorial Reverte, 1974.

F.W. Sears, M.W. Zemansky, H.D. Young.Fısica universitariaVolumen 1, 2004.

J.D. Wilson.Fısica con aplicaciones.Editorial McGRAW-HILL

M. ValeroFısica Fundamental No 2Editorial Norma

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