UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA DE SANTANDER

FACULTAD DE INGENIERIA DE SISTEMAS

INFORME DEL LABORATORIO DE FÍSICA

COMPROBACIÓN DE LA LEY DE COULOMB

NOMBRES Y CÓDIGOS DE LOS INTEGRANTES:

Yessika Morantes 191958
Daniela Cristina Pineda Granados 191966
Diego Andrés Robles Ropero 191980
Jhonatan David Quiroga Pérez 191957
 TUTOR

ESP. ALVAREZ QUINTERO FREDY ALONSO

UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA DE SANTANDER OCAÑA

PROGRAMA DE FÍSICA MECÁNICA

INFORME DE LABORATORIO

OCAÑA-2021
 Tabla de contenido:

Pag

Portada -------------------------------------------------------------------------------------- 1

Contraportada ------------------------------------------------------------------------------- 2

Tabla de contenido------------------------------------------------------------------------- 3

Introducción--------------------------------------------------------------------------------- 4

Objetivos ------------------------------------------------------------------------------------ 5

Marco Teórico ----------------------------------------------------------------------------- 6

Materiales ----------------------------------------------------------------------------------- 7

Montaje ------------------------------------------------------------------------------------- 8

Procedimiento ----------------------------------------------------------------------------- 9

Tablas de datos ---------------------------------------------------------------------------- 11

Análisis de graficas -------------------------------------------------------------------------- 15

Análisis de datos -------------------------------------------------------------------------- 16

Test Evaluador de la práctica ------------------------------------------------------------ 17

Conclusión --------------------------------------------------------------------------------- 19

Referencias Bibliográficas---------------------------------------------------------------- 20
 INTRODUCCION
La balanza de Coulomb pasco que se observa en la figura, permite al laboratorio de física

de la UFPS Ocaña la descripción de fenómenos eléctricos con el fin de analizar en la

balanza delicada de torsión que se puede utilizar para investigar la fuerza entre objetos

cargados. Haciendo uso de unas esferas conductoras una de ellas ubicada sobre una varilla,

con contrapeso, y la otra sujeta a un cable de torsión delgado suspendido. Para llevar a cabo

el experimento, ambas esferas son cargadas, y una de las esferas se coloca a una distancia

fija de la posición de equilibrio de la esfera suspendida. La fuerza electrostática entre las

esferas hace que el alambre de torsión se tuerza. El experimentador entonces tuerce el hilo

de torsión para traer la balanza de nuevo a su posición de equilibrio. El ángulo a través del

cual el alambre de torsión debe torcerse para reestablecer el equilibrio es directamente

proporcional a la fuerza electrostática entre las esferas. Todas las variables de la relación de

Coulomb (F = kq1q2 ) se R 2 pueden variar y se miden utilizando la balanza de Coulomb.

El experimentador puede verificar la relación del inverso del cuadrado y la dependencia de

carga usando la balanza y de cualquier fuente de carga electrostática.

 OBJETIVOS

GENERALES:

• Comprobar la relación de proporcionalidad entre las variables como fuerza, peso,

voltaje y distancia.

ESPECIFICO:

• Determinar el valor de la constante eléctrica a partir del procedimiento realizado

con la balanza de coulomb.

 MARCO TEÓRICO

CARACTERÍSTICAS DE LA CARGA ELÉCTRICA:

Una característica de las cargas, es que las cargas del mismo signo se repelen, mientras que

las cargas con diferente signo se atraen. La carga eléctrica es una propiedad física propia de

algunas partículas subatómicas que se manifiesta mediante fuerzas de atracción y repulsión

entre ellas.

LEY DE COULOMB:

La ley de Coulomb, nombrada en reconocimiento del físico francés Charles-Augustin de

Coulomb, que enunció en 1785 y forma la base de la electrostática, puede expresarse como:

La constante de proporcionalidad depende de la constante dieléctrica del medio en el que se

encuentran las cargas.

FUERZA GRAVITACIONAL:

Todos los objetos son atraídos hacia la Tierra. La fuerza de atracción que ejerce la Tierra

sobre un objeto se llama "fuerza gravitacional". Esta fuerza se dirige hacia el centro de la

Tierra (suponiendo que la masa de la Tierra se distribuye uniformemente) y su magnitud se

llama "peso" del objeto.

 MATERIALES

• Un equipo ley de coulomb (ES-9070A).

• Una fuente de poder de kilovoltios (SF-9586).

• Un electrómetro básico (ES-9078).

• Una celda de Faraday (ES-9042A).

• Un conductor de carga eléctrica (ES-9057B).

• Un Software Capstone o Datastudio (CI-6870).

 METODOLOGÍA

Montaje experimental del procedimiento A, B, C.

Reloj graduador

Celda de Faraday

Balanza de Coulomb
Electrómetro

Esferas

Regla medidora
Fuente de alimentación de
voltaje

Procedimiento

PROCEDIMIENTO A1: Fuerza Vs Distancia.

1. Con las esferas fijas por la separación máxima, cargue una esfera que va en lavanda

deslizante con un potencial de 6 kV, utilizando el puntero de carga. (Uno de los

terminales de la fuente de alimentación debe estar conectado a tierra).

Inmediatamente después de cargar la esfera, apague la fuente de energía para evitar

los efectos de fuga de alta tensión

2. Coloque la esfera de deslizamiento en una posición de 14 cm. Ajuste la perilla de

torsión según sea necesario para equilibrar las fuerzas y traer el péndulo hacia a la

posición cero.

3. Una vez cargada a esfera y ubicada en el primer valor de registro que sería 14cm,

pídale a su compañero que se ubique en posición vertical, teniendo la mirada fija, en

el registro de cero grados en el reloj graduador y el eje de torsión, para que este cada
 vez que perciba la fuerza del campo eléctrico y se genere el efecto de tracción, nos

permita tener un registro en el reloj graduador. Comience a cambiar la posición de

la esfera cargada, tomando 5 distancias diferentes, las cuales tiene como

característica, que cada vez estén más cerca de la esfera que esta sobre el eje de la

balanza de Coulomb.

4. 4. Registre la distancia (R) y el ángulo en la tabla de datos "ángulo de torsión vs

Distancia" en DataStudio O Capstone

PROCEDIMIENTO A2: Fuerza Vs Distancia.

1. Para llevara a cabo este procedimiento descargue ambas esferas, eso se puede hacer

con una pinza de polo tierra o tocándolo con la yema de los dedos. Devuelva los

mecanismos al punto de partida al procedimiento anterior, de igual forma establezca

nuevamente la observación del observador para obtén los nuevos registros.

2. Con las esferas fijas por la separación máxima, cargue las dos esferas con un

potencial de 6 kV, utilizando el puntero de carga. (Uno de los terminales de la

fuente de alimentación debe estar conectado a tierra.) Inmediatamente después de

cargar las esferas, apague la fuente de energía para evitar los efectos de fuga de alta

tensión.

3. Con las esferas fijas por la separación máxima de 14cm. Realice nuevamente el

paso 3 del Procedimiento A, y en esta ocasión el efecto será de repulsión, por lo

cual el ángulo de retorsión girara en sentido contrario, con respecto al

Procedimiento A. Tome los datos y regístrelos en la tabla.

 4. Registre la distancia (R) y el ángulo en la tabla de datos "ángulo de torsión vs

Distancia" en DataStudio O Capstone.

PROCEDIMIENTO B: Fuerza Vs Voltaje.

1. Para llevara a cabo este procedimiento descargue ambas esferas, eso se puede hacer

con una pinza de polo tierra o tocándolo con la yema de los dedos. Devuelva los

mecanismos al punto de partida al procedimiento anterior, de igual forma establezca

nuevamente la observación del observador para obtén los nuevos registros.

2. Establezca un punto fijo, para la esfera deslizante (8cm).

3. Coloque la fuente de voltaje en cero y para la realización de este ejercicio, vamos

asignar tres tipos de cargas diferentes (4.5, 5.5 6,0Kv), a la esfera que esta sobre le

riel deslizante. Teniendo en cuenta, que cada vez que se carga y observe el registro,

antes de asignar la nueva carga

4. Registre la carga (V) y el ángulo en la tabla de datos "ángulo de torsión vs Voltaje "

en DataStudio O Capstone.

PROCEDIMIENTO C1: Masa Vs Angulo de Torsión

1. Gire con cuidado la balanza de torsión en su lado, apoyándolo con la barra de

soporte lateral, como se muestra en la Figura. Coloque el tubo de apoyo en el marco

de la esfera, como se muestra.

 2. Poner a cero la balanza de torsión girando el dial de torsión hasta que las líneas de

índice estén alineadas.

3. Coloque cuidadosamente la masa de 20 mg en la línea central de la esfera

conductora.

4. Gire la perilla de grado según sea necesario para llevar las líneas índices de vuelta

al alineamiento. Lea el ángulo de torsión en la escala de grados.

5. Registre el ángulo en la tabla de datos "Masa (mg) v ángulo de torsión".

6. Repetir los pasos anteriores, el uso de las masas, dos de 20 mg y una de 50 mg, las

cuales usted habilidosamente, deberá suspenderlas, sobre la esfera, para obtener

registros en la masa como: 20, 40, 50, 70 y 90 mg, como lo muestra la tabla. Cada

vez registrar la masa y el ángulo de torsión.

7. Convertir los valores de la masa expresada en mg de Newtons. Introduzca estos

valores junto con los ángulos correspondientes en la tabla de datos " Peso v ángulo

de torsión."

PROCEDIMIENTO C2: Medición de la Carga Eléctrica

La medición de las Cargas q1 y q2

1. Cuelgue la tercera esfera a partir del péndulo de nailon. Asegúrese de que la esfera

no está en contacto con cualquier nada.

2. Cargar con cuidado la esfera que está en el péndulo, con la pinza de carga. Utilice

una carga de (4.5, 5.5 y 6,0Kv).

3. Transferir la carga a la esfera suspendida tocando la esfera.

4. Colocar la esfera suspendida en el medio de la jaula de Faraday, sin hacer contacto

con la sección interior.

 5. Asegurarse de que el electrómetro esté conectado a tierra, conectar las líneas del

electrómetro a la celda de Faraday, la positiva en la parte exterior y la negativa en la

parte interior. Lleve a cabo el procedimiento tres veces, teniendo en cuenta los

voltajes sugeridos.

6. Calcule la carga en una esfera utilizando la ecuación: q = CV.

Imágenes: Procedimiento A
Reloj graduador

Esferas con cargas

Regla medidora

Para el procedimiento, lo primero que se hizo fue ajustar las medias de la distancia que

separa a las dos esferas, luego, se la da cargar a las esferas, ya sea para que se atraigan o se

repelen, y se por medio del reloj graduador tomaremos los grados de torción dependiendo

de las distancias y sus cargas.

Imágenes: Procedimiento B
Para el procedimiento B, se va a tener la regla medidora a una distancia fija de 11cm,

variando el voltaje, dicha variación de voltaje ocasionará una variación en el ángulo de

torción. Este análisis nos permitirá demostrar que la fuera eléctrica es directamente

proporcional a multiplicar ambas cargas eléctricas. La fuerza de atracción se verá reflejada

en la información del ángulo de torción y la información de la carga eléctrica va a ser

reflejada de la fuente de alimentación, la cual estará dada en Kilovoltios.

Imágenes: Procedimiento C

Reloj Graduador

Lainas

Esfera

Para el procedimiento C, se va a analizar la masa y el peso de torsión con tres lainas que

son las masas, que permitirán variar la masa y el peso en el dispositivo. También se va a

analizar como a través del reloj graduador se podrá analizar que el ángulo de torsión tendrá

que llegar a un equilibrio.

Recolección de datos y análisis de datos de la experiencia A

 Fuerza vs distancia

Distancia Carga en una esfera (atracción) θ Carga en las dos esferas

de torción (repulsión) ɵ de torsión
14 cm 3° 7°

12 cm 7° 9°

11 cm 8° 10°

10 cm 11° 13°

8 cm 14° 15°

A 6000 voltios

ATRACCIÓN

REPULSIÓN

Cómo se puede analizar en las gráficas, a medida que las distancia crece, los ángulos son

menores, es decir que ya se sea fuerza de repulsión o tracción la distancia y los ángulos

son inversamente proporcionales

Recolección de datos y análisis de datos de la experiencia B

 Fuerza vs Voltaje

Distancia Voltios Carga en las dos esferas

(atracción) ɵ de torsión
11 cm 3000v 3°

11 cm 4000v 3,5°

11 cm 5000v 4°

11 cm 6000v 5°

Se puede deducir mediante los datos otorgados por el reloj graduador, y las gráficas, que se

presenta una gráfica creciente, lo que nos indica que a medida que aumenta el voltaje de las

esferas, aumenta el grado registrado por el reloj graduador, lo que nos da a entender que el

voltaje y los ángulos son directamente proporcionales.

Recolección de datos y análisis de datos de la experiencia C

Ángulo de torsión vs Masa

Ángulo Masa Masa Peso = masa (kg) +

(GRAMOS) (KILOGRAMOS) gravedad (N)
130° 20 mg 0.02 9,82 kg/N

256° 40 mg 0.04 9,84 kg/N

327° 50 mg 0.05 9,85 kg/N

462° 70 mg 0.07 9.87 kg/N

576° 90 mg 0.09 9,89 kg/N

Con este procedimiento analizamos que la fuerza es directamente proporcional al ángulo de

torsión.