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FACULTAD DE CIENCIASDEPARTAMENTO DE FÍSICALABORATORIO VIRTUALAsignatura: Electricidad y Magnetismo 1

1. Título de la práctica de Laboratorio: LEY DE COULOMB __Integrantes: Código: _Yeimi Lorena Cruz

Gil_________________________________________

Juan Felipe Santofimio____________________________

______________ _Daniel Almario ___________________________

______________ ____________________________ ______________

2. OBJETIVOS:General:

Estudiar el comportamiento de la fuerza eléctrica entre un par de cargas iguales y del mismo signo.

Específicos: Hacer uso de la Ley de Coulomb como referente conceptual del sistema bajo estudio. Hacer el uso de papel milimetrado y logarítmico en el ajuste de variables y la modelación

de estas. Determinar la ecuación de un conjunto de datos haciendo uso en principio del método de

mínimos cuadrados, si no es suficiente del ajuste de variables polinómicas para luego verificar esto por medio del uso de un programa específico como Excel.

FACULTAD DE CIENCIASDEPARTAMENTO DE FÍSICALABORATORIO VIRTUALAsignatura: Electricidad y Magnetismo 1

FACULTAD DE CIENCIASDEPARTAMENTO DE FÍSICA

3. REFERENTES CONCEPTUALES Y MARCO TEÓRICO:

La Ley de Coulomb establece que la fuerza eléctrica entre dos cargas puntuales es directamente proporcional al producto de las cargas, e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa, lo cual se puede escribir de la siguiente forma:

Donde K representa una constante de proporcionalidad cuyo valor es:

es la distancia entre las cargas; el valor la carga de cada una y es el vector unitario que

apunta en la dirección de la fuerza eléctrica.

4. ACTIVIDADES PREVIAS AL LABORATORIO:1. ¿Qué establece el principio de conservación de la carga? [0.25/5.0]

R// El principio de la conservación de la carga enuncia que en un sistema aislado no hay ni creación ni aniquilación de la carga, simplemente ésta se transfiere de un cuerpo 1 a un cuerpo 2 y hace que el cuerpo 1 haya perdido carga en la misma cantidad de la ganancia del cuerpo 2, esto implica que cuando hay cuerpos aislados, éstos sean es eléctricamente neutro.

2. Descríbala gráficamente como cambia la fuerza entre dos cargas con respecto a la distancia que las separa. [0.25/5.0]


3. ¿Cómo se realiza una gráfica en el programa Microsoft Excel? ¿Cómo se obtiene una ecuación con este programa? [0.25/5.0]

R// Primero se debe poner los datos de forma ordenada en Excel en forma de comunas,Segundo, se selecciona las columnas ya pasadas en el Excel, se va a la pestaña Insertar del programa, en la sección Gráficos se elige el tipo de gráfico con el que se vaya a trabajar, para este caso se trabaja con el grafico de Dispersión, y se selección la opción Dispersión solo con marcadores, para organizar la gráfica y se vea de una forma más presentable se escoge uno de los modelos en la ventana Diseño grafica de la pestaña Diseño de la pestaña Herramientas de Gráficos (se debe mantener seleccionada la gráfica para que aparezca está pestaña).

Para obtener la ecuación que modele estos puntos se debe seleccionar uno de ellos y a continuación se le da click derecho a este, se elige la opción Agregar línea de tendencia, nos aparecerá una ventana dándonos varias posibles opciones de ecuaciones que modelen estos puntos, se selecciona una de ellas y también seleccionando las casillas Presentar ecuación en el gráfico y presentar el valor de R cuadrado en el gráfico y eso es todo.

5. MATERIALES y PROCEDIMIENTO

1. Acceda a la siguiente página de internet:https://sites.google.com/site/fisicaflash/home/coulomb

2. Identifique completamente el entorno de trabajo y las variables que maneja el paquete, cuáles son. [0.25/5.0]

R// Las variables que se pueden modificar en esta página web son: la masa de las esferas y la carga de las esferas; Éstas nos ayudan a observar diferentes valores del entorno de trabajo los cuales son: la fuerza eléctrica (Fe), el peso de cada uno de las esferas (P), la tensión de la cuerda (T), la distancia de separación entre las

https://sites.google.com/site/fisicaflash/home/coulomb


dos esferas (r) ,el ángulo de desviación con respecto al eje vertical de la cuerda (ɵ); y se observa también el diagrama de las esferas con los vectores de las diferentes fuerzas (Fe , P, T), el angulo de desviación (ɵ), la distancia entre las esferas (r) y la cuerda que une las dos esferas a un punto en común en la parte superior .

3. Para una configuración determina del sistema (valor de la carga y de la masa), verifique que los datos suministrados por el programa son validos (ángulo, distancia, peso, fuerza eléctrica entre las cargas y tensión en la cuerda). [0.25/5.0]R//

Reemplazando los datos de la imagen


6. ANÁLISIS CUANTITATIVO Y CUALITATIVO

1. Ajuste el sistema con unos valores específicos de carga y de masa, de tal forma que la distancia r entre las dos cargas sea de 68 mm, para varios valores y apunte estos en la tabla 1. Por ejemplo para una carga de 113 nC y una masa de 2.24 se cumple que la distancia r=68 mm. Busque otros valores para los que se cumple esto y llene la siguiente tabla.

TABLA 1: Relación entre la Carga y la Fuerza.Distancia entre cargas r = 68 mm Q (C) 101x10^(-9) 104x10^(-9) 116x10^(-9) 119x10^(-9) 122x10^(-9) 128x10^(-9)F (N) 4,96x10^(-3) 5,27x10^(-3) 6,55x10^(-3) 6,88x10^(-3) 7,24x10^(-3) 7,96x10^(-3)

2. Con los datos registrados en la tabla 1, realice la gráfica de fuerza eléctrica entre las cargas (eje y) en función de la carga (eje x) en papel milimetrado [0.5/5.0]. Si tiene alguna duda con respecto al uso del papel milimetrado consulte la página. https://docs.google.com/viewer?a=v&pid=sites&srcid=ZGVmYXVsdGRvbWFpbnxvcHRpY2FzYWxsZTIwMTF8Z3g6MmEzNjc0MWRiYTgyMjFmNQ


3. Determine la ecuación de la relación fuerza eléctrica con respecto a la carga descrita. Para esto puede recurrir a cualquiera de los métodos de ajuste de variables que conoce (lineal, polinomial, exponencial o cualquier otro). Anexe el proceso y resultados de lo realizado. [0.5/5.0]


4. Grafique los datos de la tabla 1 en Excel, mostrando el ajuste más apropiado para el programa; posteriormente imprima y anexe al informe. Muestre explícitamente el coeficiente de correlación e indique la utilidad de este. [0.5/5.0]

R// el coeficiente de correlación dio 0.9991, es una medida de que tan lineal es la relación entre dos variables aleatorias cuantitativas, en este caso implica que es casi perfectamente lineal, este puede variar entre 0 y 1, donde 0 es nada lineal y 1 es perfectamente lineal.

5. De nuevo en la plataforma nos disponemos a verificar la relación entre la fuerza y la carga obtenida con Excel. Haga constante la carga en un valor de 200 nC para posteriormente variar la masa del sistema y registrar los datos de distancia (r) y fuerza eléctrica entre las cargas (Fe) en la tabla 2 (tenga presente que en la plataforma la distancia se muestra en mm). TABLA 2: Relación entre la Distancia y la Fuerza.

Cargas

r (m) 118x10^(-3) 116x10^(-3) 113x10^(-3) 110x10^(-3) 107x10^(-3) 105x10^(-3)F (N) 6,46x10^(-3) 6,68x10^(-3) 7,05x10^(-3) 7,44x10^(-3) 7,85x10^(-3) 8,17x10^(-3)r (m) 100x10^(-3) 96x10^(-3) 93x10^(-3) 92x10^(-3) 91x10^(-3) 90x10^(-3)F (N) 8,99x10^(-3) 9,76x10^(-3) 10,41x10^(-3) 10,64x10^(-3) 10,86x10^(-3) 11,12x10^(-3)


6. Con los datos encontrados en la tabla 2. Realice la gráfica de fuerza eléctrica entre las cargas (eje y) en función de la distancia (eje x) en papel milimetrado [0.5/5.0].

7. Como su gráfica no muestra una relación lineal, realice su gráfica ahora en papel logarítmico. En papel logarítmico obtendrá una recta así que halle su ecuación e indique el proceso que siguió para hacer su gráfica y obtener su ecuación. Para mayor precisión puede realizar la regresión lineal de log F vs log r (explique la validez de esta opción) [0.5/5.0].

R//La Grafica N° 3 no demuestra una forma lineal, toca linealzarla y se hace hallando el logaritmo de la Fuerza eléctrica y el logaritmo de (1/r² ), lo cual se representa en la tabla 3 y Grafica N°4 hallándose la ecuación de la recta mediante el método a continuación desarrollado:


TABLA 3: Relación entre la Log(1/r²) y Log(Fe).Cargas

Log(1/r²) 1,8562 1,8710 1,8938 1,9172 1,9412 1,9576Log(Fe) -2,1897 -2,1752 -2,1518 -2,1284 -2,1051 -2,0877Log(1/r²) 2 2,0354 2,0630 2,0724 2,0819 2,0915 Log(Fe) -2,0462 -2,0105 -1,9825 -1,9730 -1,9641 -1,9538


8. Realice la gráfica en Excel obtenga resultados similares con este programa. Indique explícitamente el proceso y compare los resultados obtenidos por los dos métodos. Además muestre explícitamente el coeficiente de correlación explicando el significado de este. [0.5/5.0]

R// Graficando la tabla 2 en Excel se tiene la siguiente imagen:


Graficando la tabla 3 en Excel se tiene la siguiente imagen:

Para observar la linealidad de la Gráfica N°5 se debió realizar el siguiente procedimiento:

Para tener una mayor idea, de la última ecuación se tomó los valores obtenidos en la Tabla N° 2 y se halló cada logaritmo por aparte, éstos datos se organizaron en la Tabla N°3 y se graficó en la Grafica N°6; tanto para la Grafica N°5 como para la Grafica N°6 se obtuvo un coeficiente de correlación de 1, esto indica que las ecuación que se muestran en las Gráficas describen perfectamente los puntos de la representación.


7. CONCLUSIONES [0.5/5.0]

1. Se observa que la Fuerza eléctrica depende de la carga y de la distancia de donde se encuentren entre ellas

2. Como se puede apreciar en la primera parte de la práctica, al dejar invariante la distancia entre ellas, se aprecia que la fuerza eléctrica es directamente proporcional a la carga eléctrica, esta dependencia es lineal, esto quiere decir que entre más sea la carga más fuerza eléctrica experimenta entre ella .

3. Para concluir, la fuerza eléctrica también tiene una dependencia inversamente proporcional al cuadrado de la distancia (dejando constante la carga eléctrica), esto quiere decir, que entre más lejos se retiren una esfera de la otra, la fuerza eléctrica va actuar menos entre ellas.

8.Bibliografía [0.25/5.0] R. K. Wangsness, Campos Electromagnéticos. Ed. Limusa (Méjico) 20ª Edición, 1986

J. D. Catalá, Electrostática, Ed. Quiasmo, 1ª Edición, (Madrid) 2009

Serway. Física. Editorial McGraw-Hill (1992)

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