laboratorio de fisica 3

1. LEY DE COULOMB
Gestión: 1/2020
Materia: Laboratorio de Fisica 3
Integrantes:
Docente: Luis Claros Cruz
28 DE MAYO DE 2020
Cochabamba-Bolivia
Universidad Mayor de “San Simón”
Facultad de Ciencia y Tecnología
Carrera de Ingeniería Química

2. Objetivos:
 Verificar la ley de Coulomb de dos esferas cargadas 𝐹 = 𝑓(𝑟)
 Determinar la permitividad eléctrica ε˳
Fundamento Teorico:
Ley de Coulomb. 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. Charles Augustin
de Coulomb (1736-1806) midió cuantitativamente la atracción y repulsión eléctricas y dedujo la
ley que las gobierna.
Coulomb desarrolló la balanza de torsión con la que determinó las propiedades de la fuerza
electrostática. Este instrumento consiste en una barra que cuelga de una fibra capaz de torcerse.
Si la barra gira, la fibra tiende a regresarla a su posición original, con lo que conociendo la fuerza
de torsión que la fibra ejerce sobre la barra, se puede determinar la fuerza ejercida en un punto de
la barra. La ley de Coulomb también conocida como ley de cargas tiene que ver con las cargas
eléctricas de un material, es decir , depende de sus cargas sean negativas o positivas.
Variación de la Fuerza de Coulomb en función de la distancia
En la barra de la balanza, Coulomb colocó una pequeña esfera cargada y a continuación, a
diferentes distancias, posicionó otra esfera también cargada. Luego midió la fuerza entre ellas
observando el ángulo que giraba la barra.
Dichas mediciones permitieron determinar que:
 La fuerza de interacción entre dos cargas q1 y q2duplica su magnitud si alguna de las cargas
dobla su valor, la triplica si alguna de las cargas aumenta su valor en un factor de tres, y así
sucesivamente. Concluyó entonces que el valor de la fuerza era proporcional al producto de
las cargas: Fα q1 y Fα q2 en consecuencia Fα q1q2

3. 1
 Si la distancia entre las cargas es al duplicarla, la fuerza de interacción disminuye en un
factor de 4 (2²); al triplicarla, disminuye en un factor de 9 (3²) y al cuadriplicar la fuerza
entre cargas disminuye en un factor de 16 (4²). En consecuencia, la fuerza de interacción
entre dos cargas puntuales, es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia:
Fα1/ 2
Asociando ambas relaciones:
F
Finalmente, se introduce una constante de proporcionalidad para transformar la relación anterior
en una igualdad:
 La expresión matemática solo es aplicable a cargas puntuales estacionarias.
 Para distancias pequeñas (del órden del tamaño de los Átomos), la fuerza electrostática se ve
superada por otras, como la Nuclear fuerte, o la Nuclear débil.
Materiales:
Enlace para el registro de datos:
Coulomb's Law
https://phet.colorado.edu/sims/html/coulombs-l
Registro y Análisis de datos:
𝑞1 = −5µ𝐶
𝑞2 = 3µ𝐶
F (N) r(m)
6,88x10*2 0,014
2,34x10*2 0,024
9,34x10*1 0,038
5,39x10*1 0,05
2,46x10*1 0,074
2,11x10*1 0,08
200
300
400
500
600
700
800
F(N)

4. 2
𝐹 = 𝑎𝑟𝑏
(𝑒𝑥𝑝𝑜𝑛𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎𝑙)
LINEALIZANDO
F (N) r(m) Ln(F) Ln( r )
688 0,014 6,533788838 -4,26869795
234 0,024 5,455321115 -3,72970145
93,4 0,038 4,536891345 -3,27016912
53,9 0,05 3,987130478 -2,99573227
24,6 0,074 3,202746443 -2,60369019
21,1 0,08 3,04927304 -2,52572864
ln(𝐹) = 𝐴 + 𝐵𝑙𝑛(𝑟) 𝐿𝑖𝑛𝑒𝑎𝑙𝑖𝑧𝑎𝑑𝑜
Aplicamos método de mínimos cuadrados
𝚫 = 𝑛 ∑ 𝑥𝑖
2
− (∑ 𝑥𝑖)
2
= 54,54968843
0
1
2
3
4
5
6
7
-4.5 -4 -3.5 -3 -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0
LnF(N)
Lnr(cm)
Curva Linealizada

5. 3
𝑨 =
∑ 𝑦𝑖 ∑ 𝑥𝑖
2
− ∑ 𝑥𝑖𝑦𝑖 ∑ 𝑥𝑖
Δ
= −2,003
𝑩 =
𝑛 ∑ 𝑥𝑖𝑦𝑖 − ∑ 𝑥𝑖 ∑ 𝑦𝑖
Δ
= −1,99998
𝒓 =
𝑛 ∑ 𝑥𝑦 − ∑ 𝑥 ∑ 𝑦
(𝑛 ∑ 𝑥2 − (∑ 𝑥)
2
)
1
2(𝑛 ∑ 𝑦2 − (∑ 𝑦)2)
1
2
= −0,999999815
b = B = -2
ln(a) = A
𝑎 = 𝑒𝐴
= 0,367879 𝑁𝑚
𝐹 = 𝑎𝑟𝑏
𝐹 =
𝑞1𝑞2
4𝜋𝜀0
𝑟−2
𝜀0 = 3,2447𝜇𝐶2
𝑚/𝑁
Resultados:
𝑨 = −2,003
𝑩 = −2
𝑎 = 𝑒𝐴
= 0,3678794412 𝑁𝑚
b = B = -2
𝜀0=3,2447 𝜇𝐶2
𝑚/𝑁
Conclusiones
Podemos determinar 𝜀0 A partir de datos generados de un simulador y con análisis matemáticos
en base a la ley de coulomb se pudo linealizar y obtener los resultados esperados en la practica
por medio del simulador de datos.
También se pudo verificar la ley de coulomb para dos esferas cargas una positiva y la otra
negativamente.
Observaciones:
Se pudo realizar la practica pero sin embargo la experiencia no se la puede captar completamente
como debería ser

6. 4
Cuestionario:
1. Charles Coulomb demostró la existencia de la fuerza eléctrica con una balanza de torsión,
explique
el principio de la balanza de torsión.
R.- La balanza de torsión, que tiene su fundamento en el péndulo de torsión, está constituida por
un material elástico sometido a torsión (par torsor). Cuando se le aplica una torsión, el material
reacciona con un par torsor contrario o recuperador. Fue diseñada originalmente por el geólogo
británico John Michell, y mejorada por el químico y físico de la misma nacionalidad Henry
Cavendish. El instrumento fue inventado de forma independiente por el físico francés Charles-
Augustin de Coulomb en el año 1777, que lo empleó para medir la atracción eléctrica y
magnética.