Prctica No 2

Prctica No 2LEY DE COULOMB

1.- Introduccin.Mediante una balanza de torsin, Coulomb encontr que la fuerza de atraccin o repulsin entre dos cargas puntuales (cuerpos cargados cuyas dimensiones son despreciables comparadas con la distancia r que las separa) es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa. El valor de la constante de proporcionalidad (K) depende de las unidades en las que se exprese F, q, Q y r. En el Sistema Internacional de Unidades de Medida vale 9 109 Nm2/C2. La ley de Coulomb nos describe la interaccin entre dos cargas elctricas del mismo o de distinto signo. La fuerza que ejerce la carga Q sobre otra carga q situada a una distancia r es.

La fuerza F es una fuerza central y conservativa. La fuerza F es repulsiva si las cargas son del mismo signo y es atractiva si las cargas son de signo contrario.

La Ley de Coulomb lleva su nombre en honor a Charles-Augustin de Coulomb, uno de sus descubridores y el primero en publicarlo. No obstante, Henry Cavendish obtuvo la expresin correcta de la ley, con mayor precisin que Coulomb, si bien esto no se supo hasta despus de su muerte.

En la barra de la balanza, Coulomb, coloc una pequea esfera cargada y a continuacin, a diferentes distancias, posicion otra esferita con carga de igual magnitud. Luego midi la fuerza entre ellas observando el ngulo que giraba la barra. Dichas mediciones permitieron determinar que:1) La fuerza de interaccin entre dos cargas duplica su magnitud si alguna de las cargas dobla su valor, la triplica si alguna de las cargas aumenta su valor en un factor de tres, y as sucesivamente. Concluy entonces que el valor de la fuerza era proporcional al producto de las cargas: y En consecuencia:

2) Si la distancia entre las cargas es , al duplicarla, la fuerza de interaccin disminuye en un factor de 4 (2); al triplicarla, disminuye en un factor de 8 (2) y al cuadriplicar , la fuerza entre cargas disminuye en un factor de 16. En consecuencia, la fuerza de interaccin entre dos cargas puntuales, es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia:

1.1. Enunciado de la ley. El enunciado que describe la ley de Coulomb es el siguiente:"La magnitud de cada una de las fuerzas elctricas con que interactan dos cargas puntuales es directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa."

La Ley de Coulomb se expresa mejor con magnitudes vectoriales:

1.2. Principio de superposicin y la Ley de Coulomb. Como ley bsica adicional, no deducible de la ley de Coulomb, se encuentra el Principio de Superposicin:"La fuerza total ejercida sobre una carga elctrica q por un conjunto de cargas ser igual a la suma vectorial de cada una de las fuerzas ejercidas por cada carga sobre la carga "

1.3. Limitaciones de la Ley de Coulomb. La expresin matemtica solo es aplicable a cargas puntuales.

La fuerza no est definida para r = 0. 2.- Objetivos.

2.1. Objetivo General.

- Estudiar y comprobar experimentalmente la Ley de Coulomb.

2.2. Objetivos Especficos.

- Determinar experimentalmente la prmitividad del medio; por medio del mtodo del promedio

-Hacer uso de la balanza de torsin.

-Evidenciar la interaccin elctrica entre dos particulas

- Verificar cualitativamente:

La fuerza elctrica en funcin a la distancia .

La fuerza elctrica en funcin de carga .

- Evaluar la permitividad del vaco ((o) por dos mtodos: promedio y mnimos cuadrados.

- Evaluar la exactitud de la prctica mediante los siguientes indicadores:

Primer mtodo:

Error absoluto y error relativo.

Segundo mtodo:

Desviacin tpica.

Grados de libertad.

Nivel de confianza.

Intervalo de confianza.

(La permitividad del error estar referida a la permitividad experimental del medio en ambos casos).3.- Equipo y material utilizado.

Balanza de torsin. Generador electrosttico de Van der Graff. Galvanmetro. Amplificador lineal de carga. Dispositivo de iluminacin Multmetro Nivel de burbuja Lmpara de iluminacin Tripie Barra de plstico Barra de vidrio Electroscopio de wulf Jaula de Faraday Suspensin para barras4.- Esquema del Experimento.

5.- Clculos.

Tabla 5.1 Determinacin del Momento de Inercia.

NoMasa (m) Kg.Longitud (L) mInercia (J) Kg/m2

10,0540,240.000259

Tabla 5.2 Determinacin de la Constante de Recuperacin. NoPerodo (T) Seg.Ctte. de Recuperacin.(K) N*m

14.440.000519

24.290.000555

34.300.000553

44.340.000543

54.400.000528

Prom. 4.3540,000540

Tabla 5.3 Evaluacin de la Permitividad.NX

(m)L

(m)d

(m)(c)q2

(c)r

(m)K

(N*m)

10.323.810.1102.16*2.16*0.0320,000540

20.411.6671.6670.034

30.291.8451.8450.036

(rad)F

(N)(o

()

0.04190.0002261.604

0.05380.0002906.596

0.03800.0002051.020

6.-.CLCULOS

T= (T1+T2+T3+T4+T5)/n=T

T=(4.44+4.29+4.30+4.34+4.40)/5= 4.354s

K=(K1+K2+K3+K4+K5)/5

K=0,000540

=++ =0.0419 =0.000226

= =0.000290 = =0.000205(o (o =1.604 (o =6.596(o =1.0206.- Grficas.Ajuste de curvas

9.- Cuestionario.

1. Qu analoga encuentra usted entre la ley de Coulomb y la ley de gravitacin universal? Cite similitudes y diferencias- Las dos depende de una constare de proporcionalidad diferente para cada una de las leyes.

- Ambas son inversamente proporcionales al cuadrado del radio que separas a sus masas o cargas segn sea el uso de las leyes.

- En la ley de Coulomb se trabaja con el producto de las cargas, en la ley de gravitacin universal se trabaja con el producto de masas.

2. En la prctica se aplico el modelo matemtico:

F= (Q1Q2)/ (4((or2)

Vlido para cargas puntales, sin embargo las esferas cargadas empleadas para la prctica desde un punto de vista geomtrico no son cargas puntuales como explica esto?

- Al ser vistas estas esferas desde el infinito se las ve como cargas puntuales.- Para poder realizar un anlisis de estas cargas no puntuales se toman segmentos de rea con lo que estas cargas se vuelven puntuales.

3. Indique otros mtodos para demostrar la interaccin elctrica y verificar el cumplimiento de la ley de Coulomb?- Otro mtodo puede ser el campo elctrico donde la fuerza ejerce atraccin y repulsin originada por las cargas elctricas que se sitan en el. Se trata de un campo de fuerza conservativo cuya intensidad depende del punto en el cual se dispone con respecto al cuerpo cargado o carga puntual que lo crea.

E=F/Q

Donde al sustituir el valor de F obtenido segn el modelo matemtico de la ley de Coulomb. 4. Cree usted qu sera correcto que un camin cisterna lleve una cadena en contacto con la tierra, para llevar a tierra la carga adquirida durante el viaje?- No es correcto porque la cadena se cargara de electricidad y producir un incendio.5. En las industrias de tejido y papel se acostumbra humedecer el aire. Porque?- Se acostumbra porque al humedecer se tiene un desgaste de electricidad. - Para no tener contacto con la electricidad.

- Tener seguridad en la industria.

6. Por qu se descarga un electroscopio al acercar un fsforo encendido?

- Porque el fsforo encendido tambin es un conductor de energa y lo descarga al hacer contacto con el electroscopio.

7. Cmo explica la estabilidad del ncleo de un tomo, considere que en este existen protones (cargas positivas), que experimentan fuerzas de repulsin. Por qu no se desintegra el tomo debido a la fuerza de repulsin?

- Cada protn ejerce una fuerza de repulsin sobre cada uno de los otras protones, en cambio cada protn ejerce una atraccin nuclear solamente en un pequeo nmero de los otros neutrones y protones que estn cerca de el.

10.- Conclusiones.

- La fuerza elctrica a efecto de dos cargas y su distancia, es variable, como tambin ( que es el ngulo de desplazamiento del haz luminoso y la permitividad del medio.

- F incrementa su valor cuando r, q1, q2 tienden a ascender y disminuye cuando es todo lo contrario.

- Se vio que por el mtodo de mnimos cuadrados fue ms fcil sacar la permitividad del vaco.

- Los errores obtenidos son muy elevados debido a la antigedad de los equipos del laboratorio.

11.- Bibliografa.- Serway, Raymond A. Fsica, Cuarta Edicin. Editorial McGraw-Hill, 1996.

- Fsica Universitaria: Francis W. Sears/ Ma

k W. Zemansky/ Hugo D. Young. Sexta Edicin. EMBED Equation.3

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