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UNIVERSIDAD CENTROAMERICANA
JOSÉ SIMEÓN CAÑAS
1 LEY DE COULOMB.
1.1 Introducción
En esta parte se pretende investigar la relación que existe entre la magnitud de la fuerza
que mutuamente ejercen dos cargas aproximadamente puntuales una sobre la otra, y la
distancia que las separa.
Debido a lo anterior, es indispensable aplicar en esta práctica los conocimientos acerca
de la teoría de gráficos y del ajuste de curvas mediante logaritmos y el método de
mínimos cuadrados; así es que si usted no está familiarizado con ello, le mandamos a
leer en su manual de laboratorio de Física I.
El experimento se desarrolla montando una esfera conductora en un sensor de fuerzas y
una varilla plástica en un carro móvil que desliza sobre un riel graduado.
Del carro móvil parte un hilo que pasa por la polea de un traductor de desplazamiento y
sostiene una pesa de aproximadamente 50 g para tensarse.
La distancia entre las cargas es detectada por el traductor de desplazamiento y
transmitida hacia una de las entradas de una interfaz CASSYLab, y desplegada en
pantalla como un instrumento digital-analógico llamado SB1.
La magnitud de la fuerza entre las cargas es transmitida por el sensor de fuerzas hacia
otra entrada de la interfaz CASSYLab y mostrada en el instrumento llamado FA1.
Luego se tiene una tabla y un diagrama para analizar las variables anteriores en la
computadora.
1.2 Diagrama y equipo.
Ilustración 1-1: Arreglo para el experimento.
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1.3 Materiales y equipos necesarios.
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Sensor-CASSYLab - 524 010
CASSYLab - 524 200
Unidad Puente - 524 041
Unidad Fuente de corriente - 524 031
Sensor de fuerzas - 314 261
Cable de conexión, 6 polos, 1.5 m - 501 16
Traductor de desplazamiento - 529 031
Juego de cuerpos electrostáticos - 314 263
Varilla plástica
Riel metálico de precisión - 460 82
Carrito móvil de medición - 337 00
Varilla de conexión - 532 16
Varilla de soporte, 25 cm - 300 41
Base de soporte pequeña en V - 300 02
Mordaza múltiple - 301 01
Juego de pesas, 1 - 50 g - 590 27
Mordaza de mesa sencilla - 301 07
Sedal - 309 48
Par de cables, 100 cm, rojo y azul - 501 46
Cable, 25 cm, negro - 500 414
Cables, 100 cm, negros - 500 444
PC con Windows 95/98/NT
1.4 Procedimiento.
Arregle el equipo según se muestra en la Ilustración 1-1, teniendo en cuenta lo
siguiente:
Conecte el sensor de fuerzas a la entrada A del Sensor-CASSYLab a través de la unidad
Puente. Conecte una de las esferas del juego de cuerpos electrostáticos al sensor de
fuerzas mediante una pieza intermedia aislada. Inserte la varilla plástica en el carrito de
medición, el cual puede moverse libremente sobre el riel graduado.
La medición de la distancia entre las esferas se realiza por medio del traductor de
desplazamiento, en la unidad Fuente de corriente, conectada a la entrada B del sensor
CASSYLab. Para ello tense un hilo desde el carrito de medición pasando por la polea de
desvío del traductor de desplazamiento utilizando una pesa. Aquí debe incrementarse la
indicación del recorrido SB1 al aumentar la distancia y en el caso de tocarse debe
indicar 0 cm.
En la PC inicie el programa CASSYLab.
Cargue ajustes.
Calibre el punto cero (dejando que la esfera y la varilla se toquen) y en “Ajustes SB1”
seleccione “Corregir”, como primer valor teórico introduzca la distancia entre los
centros de la esfera y la varilla plástica, y seleccione “Corregir offset”.
Retire la varilla de la esfera y frótela para cargarla electrostáticamente, acérquela luego
a la esfera y empiece con una posición inicial de unos 0,5 cm de distancia entre la esfera
y la varilla.
Ajuste el cero de la fuerza en “Ajustes FA1” según sea el caso varias veces y si es
necesario conecte el LED “Smooth” de la unidad Puente mediante LED on/off.
Inicie la medición con “F9”.
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Desplace el carrito de medición lentamente con la mano alejándose del sensor de fuerza.
A unos 15 cm de distancia detenga nuevamente la medición con “F9”.
En el cuaderno de trabajo anote los resultados experimentales. Ajuste los datos a una
relación de tipo potencial mediante el método de logaritmos. Para el artículo puede
hacer el ajuste utilizando Excel, pero su ajuste a mano debe hacerlo en el cuaderno de
trabajo.
La incerteza relativa porcentual es del 1% del valor medido para los datos
proporcionados por el CASSY. Así debe calcular la incerteza para cada medida.
Segundo experimento (No incluir resultados, ni mencionarlo en el artículo esto
es sólo para el cuaderno de trabajo)
Métodos de electrización
Defina los siguientes conceptos: electrización, carga eléctrica, conductor, aislante,
inducción electrostática, polarización, electroscopio.
Explique los métodos para cargar eléctricamente un cuerpo.
Dos hojas de un mismo tipo de papel son frotadas entre sí. ¿Quedarán electrizadas? ¿Y
si frotamos dos barras de un mismo tipo de plástico?
Una barra de "plexiglás" es frotado por un pedazo de lana, y a un terrón de azufre se le
frota con una hoja de papel. Consultando la Tabla 1-1 diga: la barra de plexiglás, atraerá
o repelerá a: a) ¿la hoja de papel? b) ¿el terrón de azufre?
Tabla 1
Plexiglás
Vidrio
Marfil
Lana
Madera
Papel
Seda
Azufre
Tabla 1-1 Esta tabla muestra algunas sustancias, ordenadas de modo que cualquiera de
ellas adquiera carga positiva cuando es frotada, con las sustancias que le siguen, y adquirirá
carga negativa cuando es frotada con las que le preceden.
El las industrias de textiles o papel estos materiales se encuentran en constante roce con
las piezas en las máquinas de producción. Para evitar incendios, el aire es humedecido
constantemente. ¿A qué se debe éste procedimiento?
¿A qué se debe que los metales sean buenos conductores de la electricidad?
Un autobús en movimiento adquiere carga eléctrica debido al roce con el aire.
a) Si el ambiente del lugar es seco. ¿El autobús permanecerá cargado? Explicar
b) Al subir una persona al autobús recibirá un "chock" ¿por qué?
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Este hecho no es común en climas húmedos ¿por qué?
1. Una barra cargada negativamente se coloca cerca de un cuerpo AB (no cargado),
como muestra la
Ilustración 1-2.
A
B
A
B
Ilustración 1-2
a) Suponiendo que AB es metálico, ¿habrá movimiento de electrones en AB? Si es así
¿hacia donde?
b) Entonces ¿Cuál sería el signo de las cargas que aparecerían en A y en B?
Suponiendo que AB es un dieléctrico, conteste literales a) y b).
Si en el caso a), el extremo B se conecta a tierra mediante un hilo conductor describa el
movimiento descarga que se produciría.
Al eliminar el contacto de AB con tierra y alejar el inductor, ¿Que ocurre con el cuerpo
AB?
Si se aleja el inductor del conductor antes de deshacer su conexión a tierra, ¿que
ocurriría con AB? Explique.
2. Una barra aislante B está cargada negativamente y se le acerca a un cuerpo C aislante.
El cuerpo C, ¿es atraído, repelido o permanece igual? ¿Por qué?
B
C
Ilustración 1-3
3. En la ilustración 1-2 supóngase que C estuviera cargado negativamente.
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a) ¿Habría separación de cargas en el electroscopio? ¿Cómo serían los signos de las
cargas que aparecerían en la esfera y en las laminillas?
b) ¿Qué sucedería con las hojas del electroscopio?
c) Describa lo que sucedería si C tocase la esfera.
d) Al alejar el cuerpo C, ¿Cuál sería el signo de la carga que quedaría distribuida en el
electroscopio?
A partir de la situación planteada en el literal d) acercamos una barra cargada B y
encontramos que las hojas del electroscopio experimentan un aumento en su separación,
¿Cuál es el signo de la carga en B? Explique.
Si la separación entre las hojas del electroscopio disminuyera al acercar la barra B a la
esfera, ¿Qué podría concluirse respecto a la carga de B?
Procedimiento Se usará el electroscopio, que deberá estar seco y limpio. Debe anotar las observaciones
en el cuaderno de trabajo.
1-) Frotamiento. Frote una tira de vinilo con una tela y acérquela, sin tocar al plato
metálico superior del electroscopio (deberá evitar además, que haya "chispas” entre la
tira y el electroscopio a través del aire). Observe la veleta inferior del electroscopio,
aleje la tira, luego anote sus observaciones.
2-) Contacto. Repita el paso 1, pero ésta vez tocando el electroscopio con la tira de
vinilo y enseguida retírela; observe si hay deflexión. Anote.
3-) Cargue el electroscopio por inducción. Ahora acerque varios objetos cargados al
electroscopio ¿Qué sucede?
4-) Cuelgue una la regla de vinil y frótela. Frote otra regla de vinil y acérquela a la que
está colgada ¿Qué ocurre? Ahora acerque la regla libre al otro extremo de la regla de
vinil ¿Se atraen o se repelen? ¿Esperaba este resultado?
5-) Deje escurrir un fino chorro de agua del grifo del lavamanos del laboratorio y
aproxime a él la regla de vinil electrizado . Acerque la regla cargada a unos pedazos de
papel. Observe y anote lo que sucede en ambos casos, ¿Qué sucede luego de que los
papeles tocan la regla?¿Por qué la regla atrae al chorro de agua?
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