PREPARATORIOLEY DE COULOMBASIGNATURA DE FISICA IILABORATORIO No. 4.1

Departamento de Ciencias Exactas

Carrera de Mecatronica

Tema de la practica: Ley de Coulomb

Realizado por Erick Valladares

Curso y NRC: C-302/1743

1. Consultar sobre:

1.1. Enunciado de la Ley de Coulomb

La magnitud de cada una de las fuerzas electricascon que interactuan dos cargas puntuales en reposo esdirectamente proporcional al producto de la magnitudde ambas cargas e inversamente proporcional al cua-drado de la distancia que las separa y tiene la direccionde la lnea que las une. La fuerza es de repulsion si lascargas son de igual signo, y de atraccion si son de signocontrario.

La ley de Coulomb es valida solo en condicionesestacionarias, es decir, cuando no hay movimiento delas cargas o, como aproximacion cuando el movimientose realiza a velocidades bajas y en trayectorias rec-tilneas uniformes. Es por ello que es llamada fuerzaelectrostatica.

F = |q1 q2|d2

(1)

La Ley de Coulomb se expresa mejor con magnitu-des vectoriales:

F =1

4pi0

q1 q2d2

Ud (2)

donde Ud es un vector unitario, siendo su direcciondesde la cargas que produce la fuerza hacia la cargaque la experimenta.

1.2. La ley de Coulomb para cargas igua-

les y diferentes

La Ley de Coulomb dice que la fuerza electrostati-ca entre dos cargas puntuales es proporcional al pro-ducto de las cargas e inversamente proporcional alcuadrado de la distancia que las separa, y tiene la di-reccion de la lnea que las une. La fuerza es de repulsionsi las cargas son de igual signo, y de atraccion si sonde signo contrario.

Es decir cargas iguales se repelen y cargas diferentesse atraen.

1.3. Constante de Coulomb

La constante de proporcionalidad que aparece enla ley de Coulomb se llama a menudo Constante deCoulomb. Dese cuenta de que esta constante se expre-sa en terminos de otra constante, 0 = permitividaddel vaco.

=1

4pi0 9E9N m

2

C2(3)

1.4. Comparacion entre la Ley de

Coulomb y la Ley de Gravitacion Uni-

versal

Esta comparacion es relevante ya que ambas le-yes dictan el comportamiento de dos de las fuerzasfundamentales de la naturaleza mediante expresionesmatematicas cuya similitud es notoria.

La ley de la gravitacion universal establece que lafuerza de atraccion entre dos masas es directamente

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proporcional al producto de las mismas e inversamenteproporcional al cuadrado de la distancia que las sepa-ra. Expresandolo matematicamente:

F = Gm2 m2r2

(4)

Siendo:

G = 6, 67E 11N m2

kg2

2. Describa un metodo experimental enel que se mida la fuerza electrica

Dispuesto de antemano los diferentes elementosexperimentales, conecte la unidad de Cobra 3 al puer-to USB de su computadora. Seleccione GaugePowerGraph. Personalice los diferentes menus, comiencecon virtual device(triangulo blanco, parte superiorizquierda), escoja canal 1 que tiene que ver con el vol-taje aplicado, luego canal 2 que tiene que ver con ladistancia entre las esferas.

Despliegue el menu de .Analog ln 2/S2.escogiendola tension. Posteriormente el de Newtoncon la fuerza.Utilice el boton Tara.antes de ejecutar una medicion.Seleccione Settings 2posteriormente Display.

Coloque las esferas conductoras sobre el banco opti-co, a una distancia entre ellas de 6 [mm], perfectamentealineadas y a la misma altura, enciende la fuente dealta tension HV y coloque el selector en cero (0). Sedespliega el cuadro Power Graph measuring. Escribaesta distancia de 6 [mm] y la HV en cero(0) y confirmeestos datos con .enter.

Luego vaya a niciar medida, esperar unos 10 se-gundos que se estabilice la fuerza y posteriormenteguardar medida.

Repita unas 5 veces este ultimo proceso, variando laHV y manteniendo constante la distancia. Terminadaeste conjunto de mediciones ir a stop measurement 2

se despliega el grafico correspondiente. No toque conlas manos bajo ningun concepto las terminalesde alta tension ni las esferas conductoras

Ingrese al menu superior y escoja suavizar lacurva(segunda fila, icono 12). Luego, a data ta-ble(primera fila, icono 5) y anotar los datos corres-pondientes a: distancia X, alta tension HV2, Fuerza F.

Con la misma disposicion anterior mantenga la altatension en la posicion de 10 KV y repita las instruc-ciones anteriores variando la distancia entre las esferasa 6[mm], 7[mm], 8[mm], 9[mm], 10[mm].

Anote los datos correspondientes a:distancia X, al-ta tension HV2, Fuerza F.

3. Determinar la fuerza que actuasobre las cargas electricas q1 =1,25E 9[C] y q2 = 2E 5[C] que seencuentran en reposo y en el vaco auna distancia de 10[cm]

Aplicando la ecuacion (1) y transformando los da-tos a las unidades correspondientes la fuerza es:

F = 9E9(1,25E 9)(2E 5)(

10

100

)2 = 2,25E 2[N ]

Como la respuesta obtenida es de signo negativonos esta indicando que la fuerza es de atraccion.

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4. Simule la Ley de Coulomb muestrelas imagenes y saque las conclusio-nes.

La Ley de Coulomb dice que la fuerza electrostati-ca entre dos cargas puntuales es proporcional al pro-ducto de las cargas e inversamente proporcional alcuadrado de la distancia que las separa, y tiene la di-reccion de la lnea que las une. La fuerza es de repulsionsi las cargas son de igual signo, y de atraccion si sonde signo contrario.

Es decir cargas iguales se repelen y cargas diferentesse atraen.

5. Preguntas

5.1. Cual es la Ley de Coulomb?

La magnitud de cada una de las fuerzas electricascon que interactuan dos cargas puntuales en reposo esdirectamente proporcional al producto de la magnitudde ambas cargas e inversamente proporcional al cua-drado de la distancia que las separa y tiene la direccionde la lnea que las une. La fuerza es de repulsion si lascargas son de igual signo, y de atraccion si son de signocontrario.

La ley de Coulomb es valida solo en condiciones

estacionarias, es decir, cuando no hay movimiento delas cargas o, como aproximacion cuando el movimientose realiza a velocidades bajas y en trayectorias rec-tilneas uniformes. Es por ello que es llamada fuerzaelectrostatica.

F = |q1 q2|d2

(5)

La Ley de Coulomb se expresa mejor con magnitu-des vectoriales:

F =1

4pi0

q1 q2d2

Ud (6)

donde Ud es un vector unitario, siendo su direcciondesde la cargas que produce la fuerza hacia la cargaque la experimenta.

5.2. Sobre los extremos de un segmento

AB de 1.00[m] de longitud se fijan dos

cargas. Una q1 = 4E 6[C] sobre elpunto A y otra q2 = 1E 6[C] sobre elpunto B.

1. Ubicar una tercera carga q = 2E 6[C]. SobreAB de modo que quede en equilibrio bajo la ac-cion simultanea de las dos cargas dadas.

F1 = q1 q|d2

F2 = q q2|

(1 d)2

Para que el punto q este en equilibrio se debecumplir que:

F1 = F2

q1 qd2

= q q2

(1 d)2

(1 d)2(4E 6 2E 6) = d2(2E 6 1E 6)

(1 2d+ d2)8E 12 = 2E 12d2

4 8d+ 4d2 = d2

3d2 8d+ 4 = 0

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d =864 48

6

d =4

6o d = 2 fuera del rango

La carga q debe estar a 0,6667[m] de la carga q1

2. La ubicacion correcta de q Depende de su valory signo?

No depende de la carga ni de su valor ni de susigno.

La ubicacion de q no depende de su valor ni desu signo. Que no depende de su valor se ve cla-ramente cuando se produce su simplificacion enla igualdad de modulos.

En cuanto al signo, tanto sea la carga q positivao negativo, da como resultado que los vectoresque actuan sobre ella son siempre opuestos, puesambos seran de repulsion o de atraccion, respec-tivamente.

6. Bibliografa

1. Holguin, G. (4 de Mayo de 2012). Analisis de Circuitos En Ingeniera. Recuperado el 4 de Julio de 2014, dehttp : //analisisdecircuitos1.wordpress.com/2012/05/04/comparacionentrelaleydecoulomby la ley de la gravitacion universal/

2. Ley de Coulomb. (3 de octubre del 2009). Recuperado el 5 de Julio de 2014, de http : //webs.um.es/gregomc/LabESO/Coulomb/LeycoulombGuion.pdf

3. Olmo, M. (2 de junio del 2008). Ley de Coulomb. Recuperado el 4 de Julio de 2014, de http : //hyperphysics.phy astr.gsu.edu/hbasees/electric/elefor.html

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