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Taller 1. Ley de Coulomb Actividades Previas al Laboratorio 1. Enuncie que establece el principio de conservación de la carga. El principio de conservación de la carga indica que esta no se crea ni se destruye, sino que se transfiere, y que esta trasferencia se da entre átomos, entre moléculas y entre cuerpos; así la suma de todas las cargas de un sistema cerrado va a ser una constante. Entonces el modo de transferencia de la carga se da por medio de la electrización, que puede ocurrir por frotamiento, por contacto o por inducción y/o influencia. 2. Describa gráficamente como varia la fuerza entre dos cargas eléctricas con respecto a la distancia que las separa. (Gráfica de f vs r con cargas constantes). La fuerza eléctrica f que existe entre dos cargas puntuales es inversamente proporcional a la distancia r que las separa. Entonces, si la distancia entre dos cargas se duplica, entonces la fuerza eléctrica entre ellas se reduce, no a la mitad, sino a la cuarta parte. La dependencia de la fuerza en relación con la distancia se representa en la siguiente gráfica:

3. ¿Cómo se realiza una gráfica en el programa Microsoft Excel? ¿Cómo se obtiene una ecuación con este programa? Para crear un gráfico en Excel, lo primero que debe hacer es especificar en una hoja de cálculo los datos numéricos que presentará el gráfico. A continuación, solo tiene que seleccionar el tipo de gráfico que desea usar en la pestaña Insertar del grupo Gráficos. Para crear un gráfico básico, seleccione cualquier parte del rango que quiera representar y, a continuación, haga clic en el tipo de gráfico que desee en la pestaña Insertar del

grupo Gráficos de la cinta. También puede presionar Alt + F1 en Excel para crear automáticamente un gráfico de columnas básico. A partir de aquí, puede utilizar las diversas opciones disponibles para modificar el gráfico según sus preferencias. Ahora bien para obtener la ecuación es necesario después de realizar la grafica dar la opción en Excel de cada uno de los puntos y generar la ecuación correspondiente. Materiales y Procedimientos 1. Encienda su computadora e ingrese al enlace: https://sites.google.com/site/fisicaflash/home/coulomb 2. Identifique completamente el entorno de trabajo y las variables que maneja el paquete, ¿cuáles son?

Las variables son: El Peso (Masa), La Carga (Fuerza Eléctrica) y La Tensión. 3. Dé una configuración acomodada a su gusto al sistema (valor de la carga y de la masa) y observe los valores de la fuerza electrostática y la distancia, posteriormente aumente la masa de las cargas, pero mantenga constante el valor de la carga, a partir de esto desarrolle

el ciclo PODS para explicar ¿qué sucederá con el valor de la distancia entre las cargas y la fuerza electrostática? Predicción Se podría decir que las la distancia entre las cargas disminuye, por el peso que se aplica al cuerpo en reposo, y la fuerza electrostática disminuye al mismo tiempo. Discusión Al momento de comparar que ocurre con la aplicación de peso a los cuerpos, y que pasa con lo que se creyó que ocurriría y lo que en verdad ocurrió, se puede decir que se estaba en el error de de decir que la fuerza disminuye al mismo tiempo que la distancia, por el contrario, la fuerza aumenta y la distancia disminuye.

Observación Si la carga permanece constante y el peso o la masa se aumenta lo que sucede es que la fuerza electrostática aumenta, pero la distancia disminuye debido al peso de cada cuerpo en reposo. Síntesis En síntesis se puede decir que si se aplica peso a los cuerpos, con la misma carga eléctrica, estos tienden a disminuir la distancia, pero su fuerza electrostática aumenta, aunque no se dé de manera significativa; sin embargo, si la carga que se aplica es cada vez mayor, la distancia entre los cuerpos es al mismo tiempo cada vez mayor, pero no es directamente proporcional.

5. En la configuración dada por usted en el numeral anterior, verifique que los datos suministrados por el programa son validos (peso, fuerza eléctrica entre las cargas y tensión de la cuerda).

Análisis Cuantitativo y Cualitativo 1. Ajuste el sistema con unos valores aleatorios de tal forma que la distancia r entre las dos cargas sea de 68 mm, referencie este dato en la tabla 1 tomando los valores de la carga y el valor de la fuerza que muestra la plataforma, varíe constantemente el valor de la carga y la masa de las cargas, asegurándose de mantener constante la distancia de separación entre las cargas (68 mm) y complete la siguiente tabla de valores. Distancia entre cargas r = 68 mm Q (C) 80 93 F (N) 3,11 4,21

112 6,1

103,99 5,27

115,52 6,49

130,7 8,32

2. Con los datos encontrados en la tabla anterior realice la grafica de fuerza (eje y) en función de la carga (eje x) en papel milimetrado, para ello puede hacer uso del documento disponible en:

Fuerza en Función a la Carga 140

Fuerza F (N)

120 100 80 60

y = 8.9443x + 74.563 R² = 0.8829

40 20 0 80

93

112

103.99

115.52

130.7

Carga Q (C)

3. Realice y anexe la gráfica de la tabla anterior con el programa Microsoft en Excel, obtenga la ecuación con este programa, indique cómo lo hizo, compare los resultados obtenidos en sus 2 procesos anteriores, y además calcule el coeficiente de correlación.

Fuerza en Función a la Carga 140

Fuerza F (N)

120 100 80 60

y = 8.9443x + 74.563 R² = 0.8829

40 20 0 80

93

112

103.99

115.52

130.7

Carga Q (C)

Coeficiente de Correlación Carga Q (C) Fuerza F (N) Carga Q (C) 1 Fuerza F (N) 0,99684279 1

4. Para verificar la relación entre la fuerza electrostática y la separación de las cargas, asígnele un valor a la carga de 200 nC, manteniendo constante esta carga varíe el valor de las masas, para la variación que haga de la masa analice los valores mostrados de r y F en la plataforma completando la siguiente tabla, tenga en cuenta que los datos se muestran en mm. Cargas q1 = q2 = 200 nC r (m) 125,6 F (N) 5,7

117,4 6,53

111,1 7,3

101,6 8,72

94,7 10,04

89,4 11,27

5. Con los datos encontrados en la tabla anterior realice la grafica de fuerza (eje y) en función de la distancia (eje x) en papel milimetrado, para ello puede hacer uso del documento disponible en:

Fuerza en Función a la Distancia 140

Fuerza F (N)

120 100 80 60 40

y = -7.3886x + 132.49 R² = 0.9948

20

0 125.6

117.4

111.1

101.6

94.7

89.4

Distancia r (m)

6. Realice la gráfica de la tabla anterior con el programa Microsoft en Excel, obtenga la ecuación con este programa, indique cómo lo hizo, compare los resultados obtenidos en sus 2 procesos anteriores, y además calcule el coeficiente de correlación.

Fuerza en Función a la Distancia 140

Fuerza F (N)

120 100 80 60 40

y = -7.3886x + 132.49 R² = 0.9948

20 0 125.6

117.4

111.1

101.6

94.7

89.4

Distancia r (m)

Coeficiente de Correlación Distancia r (m) Fuerza F (N) Distancia r (m) 1 Fuerza F (N) -0,990397187 1

Conclusiones 

Según el taller realizado, la Ley de Coulomb muestra claramente cuál es la relación directa que existe entre las fuerzas electrostáticas y la separación de cargas con relación a la distancia que puede generarse entre ellas, la simulación permitió claramente entrar directamente a entender cómo es que actúan dichas fuerzas y de qué modo se presentan en la realidad parea comprender de manera adecuada dicha ley.



Desde las gráficas se puede apreciar que cuando al fuerza va en aumento las variables carga y distancia son inversamente proporcionales, pues en el primer caso, cuando la fuerza va en aumento la carga también, y cuando la fuerza va en aumento, la distancia disminuye; sin embargo, al mismo tiempo se puede observar que cuando al carga permanece estable, la distancia disminuye, pero la fuerza aumenta y si la distancia aumenta es porque la carga va en decrecimiento, esto bajo unas condiciones dadas, como es el caso de la carga constante.



Por último es necesario comprender que existe un momento dado en el que la fuerza en función de la carga deja de aumentar para disminuir y luego volver a aumentar, y estas variables y condiciones, que se dan entre la carga en 112 y 115,52, son las que se presentan como necesarias a analizar en relación directa a los experimentos propuestos.

Bibliografía Barco Ríos, H., Rojas Calderón, E., & Restrepo Parra, E. (2012). Física. Principios de electricidad y magnetismo. Manizales: Universidad Nacional de Colombia. Sede Manizales. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Giancoli, D. (2006). FÍSICA. Principios con aplicaciones. Volumen 1. Sexta edición. México: Pearson Educación. Martín Bragado, I. (12 de Febrero de 2003). Física General. Obtenido de Universidad Complutense de Madrid: http://fisicas.ucm.es/data/cont/media/www/pag39686/fisica-general-libro-completo.pdf UNAM. (3 de Junio de 2016). Fuerza Electrostática. Ley de Coulomb. Obtenido de UNAM. Departamento de Programas Audiovisuales: http://depa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/P1_LeyCoulomb_16607.pdf