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Objetivos:

Obtención experimental de las relaciones: F∝1/r^2 y F∝q_1 q_2 para cargas eléctricas.

Introducción

La ley de Coulomb es una fuerza entre dos partículas cargadas cualesquiera que, dependiendo del signo de estas cargas, será de atracción o repulsión. En sus experimentos Coulomb pudo demostrar que la fuerza es inversamente proporcional al cuadrado de la separación r_12, de lascargas y está dirigida a lo largo de la línea que las une.

F=(q_1 q_2)/(4πE_0 r_12 ) (r_21 ) ̂ (1)

(r_21 ) ⃗=(r_1 ) ⃗-(r_2 ) ⃗

Figura 1. Esquema que ilustra las cantidades involucradas en la ecuación (1), la cual es la expresión e la ley de Coulomb para dos partículas cargadas.


Se puede demostrar que una esfera cargada uniformemente produce una fuerza sobre otra de igualnaturaleza, de tal manera que es igual a la fuerza producida por dos cargas puntuales de igual magnitud situadas en los centros geométricos de las esferas. En el experimento se determinará la fuerza en función de la distancia de dos esferas con ayuda de una balanza de torsión.
Una de las esferas estará montada firmemente sobre los alambres de torsión de la balanza. La segunda esfera se acercarápor medio de un soporte que estará graduado de tal forma que sabremos la distancia de separación. La fuerza entre las esferas cargadas producirá una torsión en los alambres. El movimiento de rotación se hace visible a través de la reflexión de un haz láser sobre un espejo colocado en el soporte de la esfera colocada en los alambres. El ángulo de torsión es una medida para las fuerzas actuantesentre las esferas. Esta puede ser determinada cuantitativamente, si la balanza de torsión es calibrada.
Desarrollo experimental
Material y Equipo
♥1 Balanza de torsión según Schürholz (Leybold Mod. 516 01)
♥1 Máquina de Wimshurst (Leybold Mod. 514 65)
♥1 Escala de metal 26cm
♥1 Fuente de alimentación de alta tensión 24V 20A. (Leybold Mod. 521 55)
♥5 Cables de alta tensión (Leybold Mod. 50105)
♥1 Varilla de soporte aislada
♥1 Electrómetro amplificador. (Leybold Mod. 522 14)
♥1 Capacitor de 10nf. (Leybold Mod. 578 10)
♥1 Multímetro Analógico. (Leybold Mod. 531 100)
♥1 Vaso de Faraday. (Leybold Mod. 546 12)
♥1 Enchufe de sujeción. (Leybold Mod. 590 011)
♥1 Varilla taladrada de contacto chica. (Leybold Mod. 532 16)
♥3 bases de soporte pequeñas en forma V. (Leybold Mod. 300 02)♥1 Láser He-Ne. (Leybold Mod. 471 840)
♥3 Varilla de soporte
♥2 mordazas múltiples (nueces de sujeción). (Leybold Mod. 301 01)
♥Par de cables, 50cm rojo y azul cable de experimentación. (Leybold Mod. 501 46)
♥1 Escala de 1m con argollas. (Leybold Mod. 516 04)
♥1 Cable de alimentación de la fuente
♥1 Eliminador para el láser
♥1 Varilla de soporte para el láser
♥1 Esfera con brazo de 5 cm.(Leybold Mod. 516 20)
♥1 Barra con esfera para transportar carga. (Leybold Mod. 516 20)
♥1 Varilla de 25cm.
♥2 Alambres de torsión
♥1 Rotor
♥2 Sujetadores para alambre de torsión
♥1 Paleta de amortiguamiento con masa contrapeso
♥1 Vaso de vidrio
♥1 Flexómetro ≥ 5m
♥1 Masa de 0.5 gr
♥1 Indicador
♥1 Varilla de balanza grande
♥1 Soporte cilíndrico. (Leybold Mod. 300 11)
♥1 CronómetroMontaje y Calibración Experimental

Primero se procede a armar la balanza de Schürholz como se muestra en la figura (2), teniendo cuidado de no ajustar demasiado los cable s de torsión, dejando de tensar cuando en estos se escuche un sonido agudo (recomienda el fabricante el tono de “la”mayor sostenido).

Es necesario determinar la constante de torsión de los alambres utilizados, para lo cual seusan dos métodos: estático y dinámico. El método utilizado es el que a continuación se describe:

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Método estático

En la balanza de torsión se introduce en el rotor una la varilla de contraste pequeña y se equilibra esta horizontalmente girando el cabezal de torsión como se ilustra en la figura 3.

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En un extremo de la varilla de contraste se coloca una masa de...
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