UMRPSFXCH Laboratorio FIS 200

EXPERIMENTO No. 2LEY DE COULOMB2.1 FUNDAMENTO TERICO LA CARGA ELCTRICALa carga elctrica es una propiedad que portan los constituyentes de los tomos (concretamente los electrones y protones) y la ley fundamental de la interaccin de dos cargas en reposo es la Ley de Coulomb. Esta ley de fuerza es tan fundamental como la de Gravitacin Universal y tiene la misma forma. Sin embargo, la fuerza que describe la Ley de Coulomb, puede ser de atraccin o repulsin, a diferencia de la Fuerza Gravitacional que solo es de atraccin.Si uno camina sobre una alfombra en tiempo seco, es probable que se produzca una chispa al tocar la perilla metlica de una puerta, o en das de tormenta elctrica presenciamos fuertes descargas elctricas. Estos fenmenos son evidencia de que un cuerpo adquiere carga en determinadas condiciones y que una manifestacin de la presencia de esa carga son justamente las chispas, (En el caso de las nubes cargadas los truenos, los relmpagos, el rayo, etc.).La neutralidad elctrica de la mayora de los objetos oculta el contenido de cantidades enormes de carga elctrica positiva o negativa, ya que se cancelan entre s sus efectos externos, cuando ste equilibrio se perturba la naturaleza nos revela los efectos de una carga positiva o negativa no compensada, esa carga no compensada se llama carga en exceso, y en general representa una pequesima fraccin de la carga total contenida en un cuerpo.FUERZAS ELCTRICASFuerzas Elctricas.- Estas fuerzas que se estudiarn en esta prctica son fundamentales y estn gobernadas por una ley similar a la Ley de Gravitacin Universal.Si dos cuerpos cualesquiera estn cargados elctricamente con cargas puntiformes, existe una fuerza elctrica entre ellos, y si las magnitudes de las cargas son q1 y q2 respectivamente, la fuerza vara en razn inversa al cuadrado de la distancia entre las cargas, segn predice la Ley de Coulomb:

Para cargas de signo diferentes esta ley es similar a la ley de gravitacin, pero para cargas de signos iguales la fuerza es repulsiva, el sentido se invierte.La fuerza est dirigida a lo largo de la lnea entre las dos cargas. La constante en la frmula depende por supuesto de las unidades que se utilicen para la fuerza, la carga y la distancia. Corrientemente la carga se mide en Coulomb, la distancia en metros y la fuerza en Newtons. De donde la permitividad o del espacio vaco valdr:o = 8.85418781762 10-12 C2/N m22.2OBJETIVOSOBJETIVO GENERALVerificar experimentalmente la Ley de Coulomb.OBJETIVOS ESPECFICOSI. Calibrar la balanza de torsin.II. Verificar cualitativamente: La fuerza elctrica en funcin a la distancia: F = f(r). La fuerza elctrica en funcin de carga: F = f(q).III. Evaluar la permitividad del medio (aire) o por dos mtodos: promedio y mnimos cuadrados.IV. Evaluar la exactitud de la prctica mediante los siguientes indicadores.a) Error absoluto y error relativo porcentual. (El clculo del error estar referido a la permitividad experimental del medio).2.3 DESCRIPCIN DE LA PRACTICA2.3.1 Equipo utilizado.-Utilizando la Balanza de Torsin:

2.3.2 Secuencia de la prctica.-Calibracin de la balanza de torsin. Mtodo de contraste dinmico.-Para evaluaciones de tipo cuantitativo con la balanza de torsin es necesario calibrar sta, mediante el mtodo de contraste dinmico.Este mtodo indica que, si se conocen el periodo de oscilacin (T) de una varilla de momento de inercia conocida (J) sujeta al rotoide, el valor del coeficiente de torsin (k) de la balanza puede ser calculado segn:

Luego, una vez conocida el valor de la constante de torsin (k), estaremos en condiciones de evaluar el valor de la fuerza (F) que se quiere medir. La fuerza de atraccin o repulsin depende de la distancia que separa a las esferas.-La esfera k2 ser fijada a una distancia de 10 cm de la k1. Ambas sern electrizadas con una varilla de plstico, vidrio o el generador de Van der Graff que transmitir la carga merced a una tercera esfera.Se mide una desviacin luminosa A1 en la escala.Si se vara la distancia original entre las esferas se tendr una desviacin A2. La fuerza de atraccin o repulsin depende de las cargas que soportan las esferas.-Generalmente basta para confirmar esta ley el hecho de que, si se reduce la carga elctrica de k2 y k1, el indicador luminoso tambin retrocede una determinada distancia de la desviacin inicial. Evaluacin cuantitativa de la Ley de Coulomb.-Una vez conocida la fuerza de atraccin o repulsin entre las dos esferas k1 y k2, que estn cargadas, se debe determinar la carga de las mismas con el amplificador lineal de cargas: y segn una distancia de separacin (r), mediante un ajuste conveniente de datos se puede determinar el valor de la permitividad.2.4 DATOS EXPERIMENTALES2.4.1 Calibracin de la balanza de torsin Determinar los periodos de oscilacin (T) de una varilla sujeta al rotoide de la balanza con el cronmetro.

Determinar la masa de la varilla antes indicada con un dinammetro para posterior clculo de su momento de inercia (J).2.4.2 Evaluacin cuantitativa de la ley de Coulomb Medir las distancias x y L para la desviacin del haz luminoso que se utilizar en el posterior clculo del ngulo de desviacin (). Donde x es la desviacin sobre la escala graduada. Medicin de la distancia (d) comprendida entre el eje de la balanza y el centro de la esfera sujeta a esta. Medir la carga (q) en coulombios de las esferas k1 y k2 con el amplificador lineal. Medicin de la distancia de separacin (r) de las esferas cargadas.2.5 CALCULOS2.5.1 Calibracin de la balanza de torsin Calcular el momento de inercia (J) de la varilla de calibrado segn:

Dnde:m = masa de la varilla.l = Longitud de la varilla. Calcular la constante de torsin (k) de la balanza segn la ecuacin (2.2).2.5.2 Evaluacin cuantitativa de la ley de Coulomb Calcular el ngulo de desplazamiento () del haz luminosos segn:

Calcular la fuerza de atraccin o repulsin segn:

Dnde:d = Distancia comprendida entre el eje de la balanza y el centro de la esfera K sujeta a la balanza.k = Coeficiente de torsin. = Desplazamiento Angular. Calcular la permitividad del medio (o), por ajuste de mnimos cuadrados de la grfica del acpite (2.6). 2.6 TABLASTABLA 2.1DETERMINACIN DEL MOMENTO DE INERCIA

NMasa(m)(Kg)Longitud(l)(m)Inercia(J)(Kg *m2)

10,054 0,240,00026

TABLA 2.2DETERMINACIN DE LA CONSTANTE DE RECUPERACIN

NPeriodo (T)(s)Constante de Recuperacin (k)(N*m)

14,604,84E-04

24,165,91E-04

34,804,44E-04

44,774,50E-04

54,974,14E-04

PROMEDIO4,664,77E-04

TABLA 2.3 EVALUACIN DE LA PERMITIVIDAD

NX(m)L(m)d(m)q1( C )q2( C )R(m)K(N*m)(rad)F(N)o(C2/Nm2)

10,253,72

0,1

5,14E-095,14E-093,6E-024,77E-04

0,0341,60E-041,25E-11

20,385,14E-095,14E-094,0E-020,0512,44E-045,39E-12

30,465,16E-095,16E-093,3E-020,0622,95E-046,60E-12

PROMEDIO8,16E-12

2.7 GRAFICAS2.7.1 Grfica F vs r:

2.7.2 Grfica F vs q1*q2

2.8 ErroresTabla 2.5 Clculo del error

Funcino promedio

Valor ms exacto (terico)8.85 10-12

Valor ms probable8,16E-12

Error absoluto6,9E-13

Error relativo 7,8%

2.9 INTERPRETACIN DE RESULTADOS Y CONCLUSIONES

Pudimos comprobar la interaccin elctrica, la validez de la ley de Coulumb mediante la balanza de torsin.

Mediante los datos recaudados se muestra experimentalmente la permitividad y dando como resultado un error bajo, aceptable.

Tambin se pudo ver el funcionamiento del generador de Van der Graff al inducir o por contacto dar energa a las dos esferas neutras y en el experimento de la conduccin del cuerpo humano; donde a ms distancia la carga elctrica iba perdiendo potencia.

2.10 Funcionamiento del Generador de Van der Graff:

El generador consiste en una cinta transportadora de material aislante motorizada, que transporta carga a un terminal hueco. La carga es depositada en la esfera por induccin en la cinta, ya que la varilla metlica o peine est muy prximo a la cinta pero no en contacto. La carga, transportada por la cinta, pasa al terminal esfrico nulo por medio de otro peine o varilla metlica que se encarga de producir energa; esto hace que las partculas o molculas de energa que se encuentran dentro de la esfera al hacer contacto con otro cuerpo similar (que produzca energa) absorba aquella produciendo esttica en el cuero capilar.1.10 CUESTIONARIO1. Qu analoga encuentra Ud. entre la Ley de Coulomb y la Ley de Gravitacin Universal? Cite similitudes y diferencias. Similitudes Diferencias

*Ambas leyes son proporcionales al producto de cargas y al producto de masas.*Ambas leyes son inversamente proporcionales al cuadrado de la distancia.*Ambas fuerzas son de accin a distancia.*Ambas leyes usan balanzas, denominadas de torsin y Cavendich.* La Fg son siempre de atraccin; mientras que las Fe pueden ser de repulsin o atraccin dependiendo del signo de las cargas.*En la ley de Gravitacin se mide experimentalmente G; mientras que en la Ley de Coulomb se define k con un valor particular.*La Fg acelera objetos con masa, la Fe acelera objetos con carga.* Fe>>>Fg

2. En la prctica se aplic el modelo matemtico:Valido para cargas puntuales, sin embargo las esferas cargadas empleadas para la prctica desde un punto de vista geomtrico no son cargas puntuales cmo explica esto.El dimetro de las esferas es mucho ms grande que la distancia q las separa, sin embargo como solo se toma en cuenta la carga y la distancia el dimetro no afecto el experimento, porque las esferas poseen el mismo dimetro.3. Indique otros mtodos para demostrar la interaccin elctrica y verificar el cumplimiento de la Ley de Coulomb.

4. Cree Ud. que sera correcto que un camin cisterna lleve una cadena en contacto con la tierra, para llevar a tierra la carga adquirida durante el viaje.S, la tierra es un gran conductor negativo absorbera toda la carga excedente. 5. En las industrias de tejido y papel se acostumbra humedecer el aire. Por qu?Para evitar incendios, porque tanto la tela y el papel son bastante inflamables y se podra producir un incendio adems en ambos productos, se utiliza implementacin gasolina.6. Por qu se descarga un electroscopio al acercar un fsforo encendido?Porque un electroscopio se carga por induccin el cambio ms pequeo en su equilibrio, har desaparecer la carga.7. Cmo explica la estabilidad del ncleo de un tomo, considrese que en este existen protones (cargas demostrados positivos), que experimentan fuerzas de repulsin. Por qu no se desintegra el tomo debido a las fuerzas de repulsin?Porque lo que rodea al ncleo son electrones, estos atraen a los protones, haciendo que el ncleo este en equilibrio y tambin: INTERACCIN NUCLEAR FUERTEEs la fuerza que obliga a los ncleos atmicos a permanecer unidos.

Bibliografa (Citar referencias bibliogrficas indicando, autor, ttulo del libro, editorial, edicin, lugar y ao).www.wikipedia.org http://www.nodo50.org/arevolucionaria/masarticulos/febrero2004/cuatrofuerzas.htm