Fuerza de Coulomb

Universidad Rafael Landívar[pic 1]

Facultad de Ingeniería

Física III

Ing. Alejandro Tuna

PRACTICA NO.2

FUERZA DE COULOMB

Fernando Noguera Contreras      1005312

                                                         Otto Gómez                            1118714

Guatemala 3 de Febrero del 2016

RESUMEN

En la práctica de laboratorio No. 2 de física III se estudió la ley de coulomb Y utilizando la tercera ley de Newton demostrar que la carga, de dos esferas de duro por cubiertas con una cierta cantidad de grafito, está dada por:

[pic 2]

Inicialmente dos masas se encontraban suspendidas en dos hilos delgados cargados positivamente y de igual magnitud, estas se repelían entre sí. Mediante un foco a una altura “h” se producía un reflejo de las dos esferas sobre un sobre de papel. Utilizando este reflejo se procedió a  marcar los centros de las dos esferas en el papel y así mismo realizar un análisis gráfico usando  triángulos semejantes para encontrar la distancia “x” la distancia de separación de las esferas.

Sin embargo, se necesitaba de la ayuda de algunos datos iniciales cuyos datos se obtuvieron mediante la medición con una cinta métrica las distancias que se muestran en la figura.[pic 3]

Durante la práctica se utilizó una lámpara para proyectar el comportamiento de las esferas y con fines de estudio se calco en  papel el reflejo de la separación de las esferas para con esto hacer un cálculo de las fuerzas ejercidas en las esferas comprobando la teoría del método utilizado.

FUNDAMENTOS TEÓRICOS

Carga Eléctrica

Los átomos están constituidos por un núcleo y una corteza (órbitas) En el núcleo se encuentra muy firmemente unidos los protones y los neutrones. Los protones tienen carga positiva y los neutrones no tienen carga. Alrededor del núcleo se encuentran las órbitas donde se encuentran girando sobre ellas los electrones. Los electrones tienen carga negativa. Ambas cargas la de los protones (positivos) y la de los electrones (negativa) son iguales, aunque de signo contrario. Entre los electrones y los protones se ejercen fuerzas de atracción. Puesto que los electrones giran a gran velocidad alrededor del núcleo existe también una fuerza centrípeta que tiende a alejar del núcleo a los electrones. Entre dichas fuerzas se establece un equilibrio, de tal manera que los electrones giran en las órbitas y no son atraídos por los protones del núcleo y tampoco se salen de sus órbitas.

[pic 4]

Ley de Coulomb

La ley de Coulomb señala que la fuerza F (newton, N) con que dos carga eléctricas Q y q (culombio, C) se atraen o repelen es proporcional al producto de las mismas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia r (metro, m) que las separa. [pic 5]

 K es la constante eléctrica del medio. Cuando las dos cargas tienen igual signo, la fuerza es positiva e indica repulsión. Si ambas cargas poseen signos opuestos, la fuerza es negativa y denota atracción, como la figura.    

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q1 y q2: cargas en Coulomb.

R: distancia en metros.

K: es una constante que depende del medio; en el vacío corresponde aproximadamente a 8.988 x 109 (N·m2)/C2   o (1/4)[pic 7]

[pic 8]

Fe: es la fuerza en Newton.

Carga eléctrica por frotamiento

El estado natural de los objetos es ser neutrales en cuanto a carga eléctrica. En otras palabras, tienen la misma cantidad de electrones que de protones, de modo que su carga global es cero.

No obstante, algunos materiales atraen electrones más que otros; es decir, son más electro afines que otros. Por tanto, al ser frotados dos materiales, el material más electro afín adquirirá una carga negativa porque atrae electrones hacia sí. Por el contrario, el material menos electro afín adquirirá una carga positiva porque pierde electrones.

Fricción: entre dos objetos a veces conduce a la transferencia de electrones de uno a otro. Los electrones son unidades de carga eléctrica negativa, y el objeto que gana electrones queda cargado negativamente, mientras que el que los pierde queda con una carga positiva. En realidad el sistema no ha ganado ni perdido carga eléctrica; la carga positiva de una parte es exactamente igual a la negativa transferida a la otra. Si el objeto está construido por un material buen conductor (por ejemplo cobre) de la electricidad, los electrones instantáneamente se desplazan a través de él y anulan cualquier carga superficial.

DISEÑO EXPERIMENTAL

La práctica se realizó con el siguiente equipo:

• 2 esferas impregnadas con material conductor (grafito)
• 1 Soporte universal
• 1 Nuez Doble
• 1 barra de aluminio
• 1 Lámina Acrílica (regla plástica)
• 1 paño de lana
• 1 cinta métrica
• 1 escuadra de 15cm 45º
• Hilo de seda o poliéster
• 1 fuente de luz(esta bombilla está montada en una base de madera)
• 1 fuente de voltaje
• 1 pantalla
• Cinta adhesiva

Figura# 5: Sistema que se utilizó en la práctica con sus respectivas partes.

[pic 9]

Pasos principales que se llevaron a cabo para el experimento

1. Encender la lámpara conectando el transformador al tomacorriente.
2. Armar el soporte universal dejando la varilla de aluminio a una altura adecuada.
3. Pegar con tape el sobre de papel sobre el soporte a una altura adecuada de modo que el reflejo de la luz pegue directamente al sobre.
4. Colocar las dos esferas mediante su hilo sobre la varilla de aluminio de modo que el hilo no pase sobre otro si no que estén separados entre sí.
5. Medir la distancia que existe entre lámpara a la pantalla. Así como la distancia desde la lámpara a las esferas.
6. Medir la distancia en que se encuentra la varilla de aluminio a las esferas.
7. Cargar el pedazo de regla transparente grueso por fricción usando el paño, es decir quitarle electrones a la regla para que así mismo busque estar eléctricamente neutra quitándole electrones a las esferas pequeñas.
8. Cargar las esferas por inducción colocando el pedazo de regla por la parte de abajo de las esferas a una distancia pequeña, a la misma poniendo un dedo en la parte superior de las esferas por uno a dos segundos para luego lograr que las esferas estén cargadas eléctricamente.  
9. Medir y marcar la distancia que hay entre la sombra de las esferas.
10. Tomar los datos medidos y colocarlos en la tabla de Excel.

DATOS OBTENIDOS

En la tabla#1 listamos todos los datos obtenidos, cada uno de estos con su respectivo error, donde corresponda.

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