Ley de coulomb

Experiencia del video sobre Ley de Coulomb

Mediante una balanza de torsión, Coulomb encontró que la fuerza de atracción o repulsión entre dos cargas puntuales (cuerpos cargados cuyas dimensiones son despreciables comparadas con la distancia r que las separa) es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.

Objetivo de la experiencia:
El propósito de esteexperimento es verificar la ley de Coulomb, las fuerzas de interacción entre dos pequeñas esferas revestidas de grafito (material conductor) varían como una función de dependencia 1/r2, donde r es la distancia entre las esferas

Desarrollo de la experiencia:

A. Calculo del ángulo de desviación de la vertical

Utilizando las leyes de la mecánica, es posible determinar la relación entre la fuerzade Coulomb sobre la esfera pequeña y el ángulo que forman los hilos que la sostienen con la vertical. Por lo tanto debería poder medirse la fuerza de Coulomb actuando sobre q1 en función de la distancia entre q1 y q2.
Antes de proceder con el análisis del video, tratemos de determinar analíticamente el ángulo θ esperable si se supone valida la ley de Coulomb.
La fuerza d Coulomb es el resultadode la presencia de otro objeto cargado que se encuentra en el mismo plano horizontal de la masa suspendida.

[pic]

1. Dibuje un diagrama vectorial de cada una de las fuerzas que actúan sobre la esfera con carga q1 y masa m, incluya la fuerza gravitatoria Fg, la tensión de la cuerda T, y una fuerza Fe electroestática horizontal producida por la carga q2.
2. Considerando las cargasen reposo, plantee las ecuaciones de la estática de la esfera de carga q1.
3. Encuentre las expresiones para T y Fe
4. Encuentre el ángulo θ como función de x y L. Ayuda: asumir que[pic], ya que y >> x.
5. Combine las ecuaciones halladas para encontrar la magnitud de la fuerza electroestática, Fe, como función de L, x, m y la aceleración de la gravedad g.

DESARROLLO DE LA EXPERIENCIA:Calculo de ángulo de desviación

1) Diagrama vectorial de fuerzas: [pic] [pic]
Siendo P = m.g la fuerza gravitatoria que afecta a la esfera suspendida, T la tensión de la cuerda, Fe la fuerza electrostática producida por la presencia de q2 sobre q1, θ el ángulo que forma el hilo que sostiene a q1 con la vertical, L la longitud del hilo (del centro de la esfera altecho).

2) Ecuaciones de estática con respecto a q1.
[pic] [pic] [pic]

3) Expresiones de T y Fe:

Fe = T.Sen θ (1) ; T = P/Cos θ (2)

4) Expresión del ángulo θ como función de x y L:

[pic] (3) Si consideramos [pic] ;
Entonces [pic] (4)
Reemplazando (2) en (1) nos queda: [pic]
Por (3): [pic]; por(4): [pic] (5)

5) Combinando las ecuaciones halladas encontramos Fe como función de L,x ,M y g (aceleración de la gravedad)

Como P = m.g; reemplazando en la ecuación (5) se obtiente:

(6)

B. Análisis del video digitalizado para hallar distancias y fuerzas.

1. Utilizando la Tabla de datos suministrada (se descarga del sitio Web),debería poder ajustarse a una curva que responda a una ecuación de la forma [pic], donde C es una constante.
2. ¿Es válida la relación [pic]? Explique.
3. Reconozca el valor de C de la curva obtenida y compare con la ley de Coulomb. Podría
calcular el valor del producto q1q2? Podría conocer el valor de cada una de las cargas q1 y q2? Explique.
4. Describa las fuentes más probablesde error en esta experiencia.

5. ¿Qué sucedería con la fuerza electroestática si se incrementara la carga eléctrica sobre las
esferas?

Tabla de datos suministrada

|Distancia R(m) |Fuerza (N) |
|0,365761016 |0,000104847 |
|0,324939442 |0,00012829 |
|0,293915097...