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EXPERIENCIA N°2 FUERZA ELÉCTRICA

FUERZA ELÉCTRICA AMOROCHO, Jhon. 1001854833. Ingeniería Civil. HERNANDEZ, Karen. 1000380562. Ingeniería Civil. VILORIA, Iván. 1002029388. Ingeniería Industrial Física de Campos, Remoto - DD, Universidad de la Costa. Edgar David Peduzine Orozco 21 de agosto del 2020 RESUMEN Se realizó una investigación la cual comprendía las temáticas de la Ley de Coulomb. Esta contiene el análisis de los temas comprendido como Fuerza eléctrica, carga, ley de coulomb y constante eléctrico. Posteriormente se desarrolló el experimento mediante una plataforma virtual en donde se pude sacar conclusiones absolutas para así dar respuesta al objetivo planteado.

Palabras claves: Fuerza, Carga, Ley de Coulomb, Interacción eléctrica. ABSTRACT An investigation was carried out which included the themes of Coulomb's Law. This contains the analysis of the topics included as electric force, charge, coulomb's law and electric constant. Subsequently, the experiment was developed through a virtual platform where absolute conclusions could be drawn in order to respond to the proposed objective.

Keywords: Force, Charge, Coulomb's Law, Electrical interaction.

1. INTRODUCCIÓN En la presente experiencia se llevó a cabo la teoría señalada como la ley de coulomb, esta se desarrolló por medio de una plataforma virtual llamada phet.colorado en donde se implementó dicha teoría por medio del estudio de partículas cargadas eléctricamente. Cabe resaltar que antes de utilizar la plataforma se indago sobre las temáticas esenciales que hacen parte de la ley de Coulomb, siguiente a esto se estableció los parámetros para la posterior modificación del programa y recolección de datos. Los resultados del presente informe se obtuvieron mediante el estudio de la guía correspondiente a la temática

para así otorgar un análisis específico sobre el fenómeno expuesto. Además, este experimento se llevó a cabo con el objetivo de aprender las interacciones de cuerpos compuestos eléctricamente. 2. MARCO TEÓRICO ➢ Fuerza Eléctrica: Entre dos o más cargas aparece esta fuerza cuyo módulo depende del valor de las cargas y de la distancia que las separa, mientras que su signo depende del signo de cada carga. Las cargas del mismo signo se repelen entre

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sí y las de distinto signo se atraen.(Fuerza eléctrica - Monografias.com, n.d.) ➢ Ley de Coulomb: Charles Augustin de Coulomb (1736-1806). La magnitud de cada una de las fuerzas eléctricas con que interactúan dos cargas puntuales en reposo es directamente proporcional al producto de la magnitud de ambas cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa. (Ley de Coulomb - EcuRed, n.d.) ➢ Carga: Es una propiedad intrínseca de la materia responsable de producir las interacciones electrostáticas.(Carga Eléctrica, n.d.) ➢ Constante Eléctrico: K es una constante de proporcionalidad llamada constante de la ley de Coulomb. No se trata de una constante universal y depende del medio en el que se encuentren las cargas. En concreto para el vacío k es aproximadamente 9 × 109 𝑁 ∙ 𝑚2 ⁄𝐶 2 utilizando unidades en el S.I. (Ley de Coulomb, n.d.)

obtener el valor de fuerza eléctrica y completar la tabla1. Luego, para obtener los valores de la tabla 2. Dejamos un valor fijo en las cargas 𝑞1 y 𝑞2 y variamos el de la distancia obteniendo nuevos valores de fuerza eléctrica. 4. RESULTADOS Las siguientes tablas correspondes a todos los datos obtenidos del simulador de cargas eléctricas. 1. Cuando 𝑞1 tiene un valor fijo y se encuentra a una distancia de 5 cm, modificando 𝑞2 .

2 3 4 5 𝑞2 (𝜇𝐶) 1 𝐹 (𝑁) 3,59 7,19 10,8 14,4 17,9 6 7 8 9 10 21,6 25,2 28,8 32,4 35,9 Tabla 1.

3. METODOLOGÍA La metodología utilizada para realizar este laboratorio fue un simulador de cargas basado en la Ley de Coulomb que es el siguiente:

https://phet.colorado.edu/sims/html/coulomb s-law/latest/coulombs-law_es.html Al cual podemos acceder desde cualquier dispositivo electrónico, portátil, tablet o celular. Al abrir el URL encontraras el simulador en el cual puedes visualizar todos los elementos necesarios para estudiar la Ley de Coulomb como se puede apreciar en la figura 1. Primeramente, arrastramos y variamos las cargas manteniendo la misma distancia dada para

Grafica 1. Fuerza vs. 𝒒𝟐 2. Cuando 𝑞1 = 𝑞2 = 10𝜇𝐶 se mantienen fijo y se modifica la distancia. 𝑟(𝑚) 𝐹(𝑁)

0,02 2,25 × 103

0,03 9,99 × 102

0,04 5,62 × 102

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0,05 3,60 × 102

0,06 2,50 × 102

0,07 1,83 × 102

0,08 1,40 × 102 Tabla 2.

0,09 1,11 × 102

0,10 8,99 × 101

Grafica 3. Fuerza vs. Distancia 4. La constante electrostática (K) a partir de la gráfica 1. Datos 𝑞1 = 1𝜇𝐶 Grafica 2. Fuerza vs. Distancia

𝑟 = 0,05 𝑚

𝑚 = 3600000 3. Cuando los valores de fuerza vs al cuadrado del inverso de la distancia entre las cargas.

𝐹(𝑁)

𝑟(𝑚)

2,25 × 103 9,99 × 102 5,62 × 102 3,60 × 102 2,50 × 102 1,83 × 102 1,40 × 102 1,11 × 102 8,99 × 101

0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,10

Tabla 3.

1 ( 2) 𝑟 2500 1,111 × 103 625 400 278 204 156,25 123 100

Formula

𝑚  ×  𝑟 2 𝐾= 𝑞1 Solución 3600000 × (0,05)2 𝐾= 1 × 10−6

𝐾 = 9 × 109

𝑁 ∙ 𝑚2 𝐶2

5. ANÁLISIS DE RESULTADOS

De acuerdo a los datos obtenidos de la tabla 1 y su respectivo grafico llegamos al siguiente análisis. Sabiendo que la ley de coulomb se expresa 𝐾𝑞 ∙ 𝑞 como 𝑓 = 𝑟12 2 y como se está ubicando la "fuerza" en el eje 𝑌 la carga 𝑞2 en el eje 𝑋 entonces podemos decir que la pendiente de 𝐾𝑞 esta grafica 𝑓 𝑣𝑠 𝑞2 representa 𝑟 21. En

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conclusión, pudimos hallar el valor de la constante eléctrica mediante la pendiente obtenida por la gráfica usándola en la formula 𝑘=

𝑚 ∙ 𝑟2 𝑞1

y también logramos observar en la

simulación que la fuerza es directamente proporcional a la carga 𝑞2 ya que al incrementar la carga la fuerza aumenta. En el caso de la tabla 2 después de analizar todos los datos y su gráfica podemos decir que al evaluar las variables 𝑟(𝑚) y 𝐹(𝑁) en una gráfica, las presentes producen una función descendente por lo que conlleva a que cuando se modifica el movimiento de la partícula 𝑞2 , los dos cuerpos respectivos presentan una disminución de Fuerza (N) demostrando así la Ley de Coulomb la cual dice que la fuerza eléctrica entre dos partículas es inversamente proporcional a la distancia que la separa. En el punto 3 en el cual representamos en una grafica los valores de la fuerza vs al cuadrado 1 inverso de la distancia (𝑟 2 ) entre las cargas, usando los datos de la tabla y grafica 2 llegamos a lo siguiente. En este punto observamos resultados diferentes a comparación del inciso anterior, debido a que en este caso la fuerza es directamente proporcional a la distancia la cual se trabaja como el inverso de la distancia 1 al cuadrado(𝑟 2). Esto se debe ya que la Ley del inverso al cuadrado, en donde se afirma que la intensidad de fuerza disminuirá a la hora que los cuerpos se separen. En el último punto que fue el 4 lo que hicimos fue utilizar las fórmulas dadas para hallar el valor de la constante electroestática teniendo como base los resultados de la tabla 1.

6. CONCLUSIONES

El grupo investigador llego a la conclusión que la interacción de cuerpos que se encuentran en un espacio eléctrico será diferente dependido de los datos a los que se expongan, ya que la fuerza de estas cargas siempre será inversamente proporcional a la distancia efectuada, pero si la distancia se maneja con el inverso al cuadrado podemos notar que dicha fuerza ahora será directamente proporcional a la distancia. También se logró evidenciar que la constante de coulomb se puede hallar por medio de la tabulación de fuerza vs distancia, debido a que el resultado de esta función nos arroja datos específicos como la pendiente de la recta para así encontrar dicha constante (K). Además, se garantizó que las partículas pueden presentar fenómenos de atracción cuando las cargas sean de signos opuestos y repulsión cuando presenten el mismo signo. 7. REFERENCIAS Carga Eléctrica. (n.d.). Retrieved August 15, 2020, from https://www.fisicalab.com/apartado/cargaelectrica Fuerza eléctrica - Monografias.com. (n.d.). Retrieved August 15, 2020, from https://www.monografias.com/trabajos96/f uerza-electrica/fuerza-electrica.shtml Ley de Coulomb. (n.d.). Retrieved August 15, 2020, from https://www.fisicalab.com/apartado/ley-decoulomb Ley de Coulomb. (n.d.). Retrieved August 15, 2020, from https://phet.colorado.edu/sims/html/coulom bs-law/latest/coulombs-law_es.html Ley de Coulomb - EcuRed. (n.d.). Retrieved August 15, 2020, from https://www.ecured.cu/Ley_de_Coulomb

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8. ANEXOS

Figura 1. Simulador de la Ley de Coulomb (Ley de Coulomb, n.d.)