Informe: Fuerza de Coulomb
Diego IbacetaInforme10 de Noviembre de 2020
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[pic 1]
[pic 2]Resultados
Objetivos de la experiencia
- Encontrar una relación empírica entre las variables d y R.
- Comprobar la ley de Coulomb.
- Comparar una simulación con datos experimentales reales.
En primer lugar, se tomaron las medidas en un software de Ley de Coulomb, medidas que se presentan en las tablas de a continuación:
La siguiente tabla presenta la relación de fuerza entre 2 cargas alterando la distancia que las separa. Se ocuparon cargas constantes para q1 y q2 de 1 [ụC].
Distancia [m] | Fuerza [N] |
0,01 | 90 |
0,02 | 22,5 |
0,03 | 10 |
0,04 | 5,6 |
0,05 | 3,6 |
0,06 | 2,5 |
0,07 | 1,8 |
0,08 | 1,4 |
0,09 | 1,1 |
0,1 | 0,9 |
Tabla 1: Muestra los datos obtenidos por el software de Ley de Coulomb, en donde se da a conocer como varía la fuerza en función de la distancia entre las cargas. Es importante mencionar que todas estas mediciones fueron efectuadas bajo una distancia entre cargas constante de 4[cm].
A partir de la Tabla 1 se procede a graficar la relación:
[pic 3]
Gráfico 1: Muestra la relación experimental por los datos obtenidos del software de Ley de Coulomb entre los datos de distancia y fuerza. Se grafica también la línea de tendencia con un ajuste potencial entre las variables.
En segunda instancia, se tiene la siguiente tabla:
q1 [C] | q2 [C] | q1 * q2 [C²] | Fuerza [N] |
0,000001 | 0,000001 | 1E-12 | 5,6 |
0,000002 | 0,000002 | 4E-12 | 22,5 |
0,000003 | 0,000003 | 9E-12 | 50,6 |
0,000004 | 0,000004 | 1,6E-11 | 90 |
0,000005 | 0,000005 | 2,5E-11 | 140,6 |
0,000006 | 0,000006 | 3,6E-11 | 202,5 |
0,000007 | 0,000007 | 4,9E-11 | 275,6 |
0,000008 | 0,000008 | 6,4E-11 | 360 |
0,000009 | 0,000009 | 8,1E-11 | 455,6 |
0,00001 | 0,00001 | 1E-10 | 562,5 |
Tabla 2: Muestra la relación entre la magnitud de las cargas medidas con el software con su fuerza. Estos datos fueron tomados a partir de un radio constante de 0,04 [m].
A partir de la Tabla 2 se procede a graficar la relación:
[pic 4]
Gráfico 2: Se puede apreciar la relación empírica entre las variables de fuerza y producto de las cargas, datos tabulados en la Tabla 2. Se grafica una linea de tendencia con ajuste lineal que se sobrepone de manera perfecta a la gráfica.
Columna1 | Columna2 |
Diametro [m] | 0,0222 |
Masa [kg] | 0,00035 |
Largo [m] | 0,488 |
Gravedad [m/s²] | 9,7943 |
Tabla 3:Se pueden observar las condiciones iniciales del experimento realizado de manera presencial por estudiantes de la universidad.
d ± 0,0005 [m] | R ± 0,0005 [m] | F ± 1E-10 [C] |
0,024 | 0,031 | 0,000169 |
0,02 | 0,035 | 0,000140 |
0,013 | 0,05 | 9,13E-05 |
0,01 | 0,057 | 7,02E-05 |
0,008 | 0,065 | 5,62E-05 |
0,006 | 0,073 | 4,21E-05 |
0,005 | 0,082 | 3,51E-05 |
0,004 | 0,091 | 2,81E-05 |
0,003 | 0,1 | 2,11E-05 |
0,002 | 0,109 | 1,40E-05 |
Tabla 4:Se muestran las mediciones realizadas por estudiantes universitarios, que da cuenta de las distancias entre las cargas y la fuerza que se produce entre estas.
[pic 5]
Gráfico 3:Se grafican los datos tomados por estudiantes universitarios, la fuerza entre las 2 cargas en función de la distancia r entre ellas. Se logra apreciar que de la linea de tendencia fue realizada con un ajuste potencial.
Análisis
Parte 1: Análisis de instrumentos.
Para esta experiencia se utilizó un software de simulación, cuyo objetivo principal es medir la fuerza de repulsión o atracción entre dos cargas (que simulan ser puntuales y con un valor fijo) con la posibilidad de modificar distintas variables, como lo son la distancia entre las cargas y el valor de cada una de ellas.
Para la tercera parte se utilizó un montaje como el que se ve a continuación:
[pic 6]
Foto 1: Muestra el montaje realizado por estudiantes universitarios (ocupado para tercera parte).
Este experimento fue basado en el montaje descrito para la Foto 1 cargando con una fuente de 5000 [V] ambas esferas para producir las cargas Q1 y Q2 y relacionaron la distancia r, con la distancia que se desplazaba la esfera colgante de su punto de equilibrio.
Parte 2: Análisis Cualitativo.
Para esta experiencia se buscan 3 objetivos principales, (Véase Objetivos de la experiencia) y para la realización de estos, se ha trabajado a través de diferentes tablas de datos y gráficas. En primera instancia se puede observar la Tabla 1, en donde se tabula la distancia entre 2 cargas puntuales constantes y la fuerza que se produce entre estas al variar la distancia entre ellas. En Gráfico 1 se puede observar que a medida que la distancia entre estas cargas aumenta, la fuerza entre ellas disminuye. Más técnicamente, podemos ver que las variables son inversamente proporcionales y, además, la línea de tendencia usada es de carácter potencial, ajustándose de manera muy correcta a los datos tomados mediante el software.
Para la segunda parte de esta experiencia, se pide variar las cargas de manera simétrica, para luego tabular cada una de estas junto al producto de las 2 y la fuerza que interactúa entre ellas como se ve en Tabla 2. En Gráfico 2 se puede ver la relación que existe entre el producto de las cargas q1 y q2 y la fuerza que se produce entre ellas. Si nos fijamos netamente en el gráfico, podemos observar la relación lineal entre las variables, esto se puede explicar fijándose en la ley de Coulomb dejando el radio constante como se hizo en esta ocasión, el cual fue de 4 [cm].
La tercera parte, realizada por estudiantes presencialmente, muestra un experimento para corroborar la relación entre cargas y Ley de Coulomb. Observando los ejes de la tabla, lo que se está graficando es la fuerza entre las 2 cargas causada por la distancia que hay entre estas 2 cargas. De este gráfico se desprende que las variables Fuerza (F) y la distancia entre las cargas (r) son inversamente proporcionales, más precisamente, la fuerza es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia si las cargas son constantes. De aquí desprendemos que la línea de tendencia aplicada es de carácter exponencial, esta se ajusta de buena manera a la gráfica, pero no tanto como en el Gráfico 1.
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