Este documento presenta un resumen de tres oraciones o menos: El documento describe una práctica sobre carga eléctrica y la ley de Coulomb. Incluye actividades para verificar si cuerpos con cargas iguales se repelen y cargas opuestas se atraen, y un análisis cuantitativo de la fuerza entre dos esferas cargadas usando video y software de gráficos. El objetivo es analizar la dependencia de la fuerza con la distancia entre las cargas.

1. [Escribir el subtítulo del documento]
Carga eléctrica y Ley de
Coulomb
Práctica #1
Winona Dominguez 6 CB2
2014
Cristina Araújo
29/04/2014

2. Introducción:
En esta primera práctica trabajaremos la carga eléctrica y ley de Coulomb.
Para comprender de qué se trata el tema a trabajar y sus características, exploraremos la naturaleza de las
interacciones eléctricas, realizando una serie de actividades. Para realizarlas, partimos de la hipótesis que
trataremos de verificar: “Los cuerpos con cargas de igual signo se repelen y con signo contrario se atraen”.
Para plantearnos esta hipótesis partimos de que, al haber dos tipos de cargas eléctricas, positivas y
negativas; cuando dos cuerpos se cargan, hay transferencia de electrones de uno a otro, quedando un
cuerpo cargado positivamente y el otro negativamente. Para identificar qué cuerpo queda cargado
positivamente y cual negativamente, se puede recurrir a la tabla “serie triboeléctrica”. Si dos materiales de
la tabla se ponen en contacto, el más alto en la serie cederá electrones al otro, cargándose positivamente
(mientras que el otro material adquirirá una carga negativa).
A la hora de trabajar con la ley de coulomb, lo haremos partiendo desde la mirada cualitativa con una
actividad y para la mirada cuantitativa utilizaremos un video que muestra los efectos de la interacción entre
las dos esferas con cargas q1 y q2 que será analizado con el programa Logger Pro.
Antes de proceder con el análisis de vídeo, vamos tomar unos minutos para determinar en forma analítica la
relación que existe entre la fuerza de origen electrostático y la distancia entre las cargas si se supone válida
la ley de Coulomb.
El propósito de esta práctica es analizar la dependencia de las fuerzas de interacción Fe entre dos pequeñas
esferas revestidas de metal, con la r distancia entre las mismas. A partir del análisis del video con el
programa y las gráficas obtenidas, buscaremos obtener el valor de la Fe, también del valor de r, y finalmente
deduciendo de la expresión cuántica de la Ley de Coulomb, despejar y obtener el valor de la carga.
Marco Teórico:
La carga eléctrica es una de las propiedades básicas de la materia. Aunque la comprensión extensa de sus
manifestaciones se resistió durante siglos al escrutinio de la ciencia, ya hacia el año 600 a. C. los filósofos
griegos describieron con detalle el experimento por el cual una barra de ámbar frotado atrae pequeños
pedacitos de paja u otro material ligero (electrización por frotamiento).
Los fenómenos eléctricos, indivisiblemente unidos a los magnéticos, están presentes en todas partes, ya sea
en las tormentas, la radiación solar o el cerebro humano. Modernamente, sus propiedades se aprovechan en
múltiples campos de actividad, y la electricidad se ha convertido en una forma esencial de consumo y
transporte de energía.
Por su naturaleza eléctrica, los cuerpos físicos se clasifican en conductores, que transmiten la electricidad
fácilmente, y aislantes o dieléctricos, que oponen una resistencia elevada a su paso.
Los semiconductores presentan una conductividad intermedia entre estas dos clases.
Cargas eléctricas
La esencia de la electricidad es la carga eléctrica. Esta cualidad existe en dos clases distintas, que se
denominan cargas positivas y negativas. Las cargas eléctricas de la misma clase o signo se repelen
mutuamente y las de signo distinto se atraen.
En realidad, la carga eléctrica de un cuerpo u objeto es la suma de las cargas de cada uno de sus
constituyentes mínimos: moléculas, átomos y partículas elementales. Por ello se dice que la carga eléctrica
está cuantizada. Además, las cargas se pueden mover o intercambiar, pero sin que se produzcan cambios en
su cantidad total (ley de conservación de la carga).
En el estado normal de los cuerpos materiales, las cargas eléctricas mínimas están compensadas, por lo que
dichos cuerpos se comportan eléctricamente como neutros. Hace falta una acción externa para que un
objeto material se electrice.
La electrización de un cuerpo se consigue extrayendo del mismo las cargas de un signo y dejando en él las de
signo contrario. En tal caso, el cuerpo adquiere una carga eléctrica neta no nula.

3. Se denomina electrización al efecto de ganar o perder cargas eléctricas, normalmente electrones, producido
por un cuerpo eléctricamente neutro. Los tipos de electrificación son los siguientes:
 Electrización por contacto: Cuando ponemos un cuerpo cargado en contacto con un conductor se
puede dar una transferencia de carga de un cuerpo al otro y así el conductor queda cargado,
positivamente si cedió electrones o negativamente si los ganó.
 Electrización por fricción: Cuando frotamos un aislante con cierto tipo de materiales, algunos
electrones son transferidos del aislante al otro material o viceversa, de modo que cuando se separan
ambos cuerpos quedan con cargas opuestas.
 Carga por inducción: Si acercamos un cuerpo cargado negativamente a un conductor aislado, la
fuerza de repulsión entre el cuerpo cargado y los electrones de valencia en la superficie del
conductor hace que estos se desplacen a la parte más alejada del conductor al cuerpo cargado,
quedando la región más cercana con una carga positiva, lo que se nota al haber una atracción entre
el cuerpo cargado y esta parte del conductor. Sin embargo, la carga neta del conductor sigue siendo
cero (neutro).
Fuerza eléctrica
Los fenómenos de la electrización y la conducción pueden explicarse
como el resultado de la acción de fuerzas eléctricas. Entre dos cargas
próximas inicialmente en reposo siempre se establece un tipo de fuerzas,
llamadas electrostáticas, de tal forma que, si las partículas cargadas son
suficientemente pequeñas como para que puedan
considerarse puntuales, se cumple en las siguientes condiciones:
La fuerza establecida entre ambas tiene una dirección que coincide
con una línea recta imaginaria que une las dos cargas.
La fuerza ejercida sobre una carga apunta hacia la otra cuando las
dos tienen distinto signo (fuerza atractiva).
El sentido de la fuerza se dirige hacia el lado opuesto de la carga cuando ambas
tienen el mismo signo (fuerza repulsiva).
Escala triboeléctrica
La palabra "tribo" significa rozar, pero la electrización no es un fenómeno de
rozamiento, es un fenómeno de contacto.
Se puede escribir una escala triboeléctrica basada en la carga que adquieren los
distintos materiales al ponerse en contacto y rozar unos con otros. Se ordenan de
manera que puestos en contacto y separados dos materiales descargados, aquel que
se lleve más electrones quedará cargado negativamente y el que quede con menos
positivamente.
Mayor carga positiva
Aire
Piel humana
Cuero
Vidrio
Cuarzo
Pelo humano
Nylon
Lana
Plomo
Piel de gato
Seda
Acrílico
Globo de goma
Resinas
Goma dura
Níquel, Cobre
Azufre
Bronce, Plata
Goma sintética
Poliéster
Vinilo (PVC)
Teflón
Goma de Silicona
Ebonita
Mayor carga negativa

4. Ley de Coulomb
La magnitud de las fuerzas eléctricas de atracción y repulsión entre cargas se rige por el principio
fundamental de la electrostática, también llamado Ley de Coulomb. Esta ley establece que la fuerza de
atracción (o repulsión) entre dos cargas eléctricas puntuales de distinto (o igual) signo es directamente
proporcional al producto del valor de sus cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que
las separa:
Procedimiento: Cargas eléctricas
Actividad 1.
Importante: Para realizar esta parte a), los dos péndulos deben encontrarse posicionados como lo muestra la
figura 1
Figura 1 Figura 2
a) Primeramente frotar la varilla de ebonita (varilla oscura) con la tela de poliéster celeste (el color es sólo a
efectos de usar siempre la misma).Luego acercar la varilla a uno de los péndulos hasta que estén en contacto
unos segundos. Posteriormente alejar la varilla y volver a acercarla al péndulo. Hacer lo mismo con el otro
péndulo.
b) Repetir lo realizado en la parte a), y a continuación girar lentamente uno de los péndulos (aflojando la nuez
que lo sujeta en el soporte) de forma que queden posicionados como muestra la figura 2.
Observaciones:
Al acercar los péndulos uno con el otro, se observó que se repelen. Esto se debe a que la varilla de ebonita
cargó a los dos péndulos de la misma forma, en este caso negativamente (tabla triboeléctrica), por ende
concluimos que al haber dos cuerpos cargados con el mismo signo se repelen entre sí.
Actividad 2.
Importante: Antes de realizar esta actividad, se debe tocar los péndulos con las manos a fin de descargarlos.
Esto se debe a que, al estar los péndulos cargados negativamente y las manos estén con una carga neutra, al
mantener contacto entre sí, los electrones son transferidos al cuerpo neutro, en este caso las manos. De
este modo el péndulo quedará con una carga neutra.
a) Frotar ahora la varilla de acrílico con la tela de poliéster roja. Acercar la varilla a uno de los péndulos
hasta que estén en contacto unos segundos. Posteriormente alejar la varilla y volver a acercarla al
péndulo. Hacer lo mismo con el otro péndulo
b) Repetir lo realizado en la parte a, y a continuación girar lentamente uno de los péndulos (aflojando la
nuez que lo sujeta en el soporte) de forma que queden posicionados como muestra la figura 2.
Observaciones:
Al acercar los péndulos uno con el otro, se observó que se repelen. Esto se debe a que la varilla de acrílico
cargó a los dos péndulos de la misma forma, en este caso positivamente (tabla triboeléctrica), por ende
concluimos que al haber dos cuerpos cargados con el mismo signo se repelen entre sí.

5. Actividad 3.
a) Frotar la varilla de acrílico con la tela de poliéster roja. Acercar la varilla a uno de los péndulos hasta
que estén en contacto unos segundos. Posteriormente alejar la varilla y volver a acercarla al péndulo.
b) Hacer lo mismo con el otro péndulo pero utilizando la varilla de ebonita con la tela de poliéster
celeste. A continuación girar lentamente uno de los péndulos (aflojando la nuez que lo sujeta en el
soporte) de forma que queden posicionados como muestra la figura 2.
Observaciones:
Al acercar los péndulos uno con el otro, se observó que se atraen. Esto se debe a que cada una de las varillas
cargo de diferente forma los péndulos con los que estuvieron en contacto, en este caso positivamente fue
cargado el péndulo que mantuvo contacto con la varilla de acrílico y la otra con la que se utilizo una varilla
de ebonita, negativamente (tabla triboeléctrica), por ende concluimos que al haber dos cuerpos cargados
con diferente signo se atraen.
Conclusión:
Luego de realizar esta serie de actividades, podemos decir que nuestra hipótesis de que, los cuerpos con
cargas de igual signo se repelen y con signo contrario se atraen, fue verificada exitosamente.
Procedimiento: Ley de Coulomb
Mirada Cualitativa
Actividad:
a) Pegar 10 cm o menos de longitud de cinta adhesiva a la mesa haciéndole un pequeño "mango" en un
extremo para que pueda ser despegada rápidamente.
b) Cargue la varilla de PVC frotándola con un paño.
c) Despegue la cinta de la mesa, y observe la fuerza ejercida sobre la cinta cuando el extremo de la
varilla se acerca y se aleja de la cinta. No deje que la cinta toque la barra.
Observaciones:
Al realizar esta actividad, observamos que, a medida que la varilla de PVC se acercaba progresivamente a la
cinta, esta se alejaba de la misma.
Ya hemos visto que las cargas eléctricas se atraen cuando son contrarias y se repelen cuando son de la
misma clase. Pero tanto si se atraen o se repelen lo hacen con cierta fuerza cuyos factores de dependencia
fueron determinados cuantitativa y experimentalmente por Coulomb. Demostró que: la fuerza que actúa
entre dos cargas eléctricas puntuales es proporcional al producto de las careas e inversamente Proporcional
al cuadrado de la distancia entre ellas.

6. Mirada Cuantitativa
Planteo analítico
Dibuja el diagrama de cuerpo libre de la esfera con carga q1 y
masa m
Identifica las variables que aparecen y que son posibles de medir a
través del programa.
Elige un sistema de coordenadas adecuado (conviene ubicarlo con
el origen en el centro de la carga q1) y plantea las fuerzas en cada
eje.
Vincula las ecuaciones hasta encontrar la relación buscada entre la
Fuerza electrostática y la distancia entre las cargas.
Resultados

7. Planteo Experimental
Abre el programa Logger Pro. Visualiza el video e insértalo en el programa.
Ubica adecuadamente el sistema de referencia sobre el centro de la carga q1. Recuerda cómo utilizar
el programa, y por tanto, cuáles serán las variables que vas a identificar y medir. Relaciona esto con
el planteo analítico realizado anteriormente.
Decide qué variables tienes que relacionar para que puedas validar la relación buscada.
Resultados:
Dado estos datos tomados a partir del análisis del video, procedimos a vincularlas entre si y realizar las
gráficas correspondientes.

8. Fe (R)
Fe (1/R2
)

9. En esta gráfica se realizo el ajuste lineal y el proporcional, la pendiente de ambas se asemeja. La pendiente
del gráfico con función lineal nos dio 1,608E-05, en la otra 1,491E-05. Este dato nos es útil para el planteo
analítico.
Discusión:
A la hora de analizar el video, procedimos a tomar los datos desde la bolita que pende del hilo. En la tabla de
datos el valor de X, es la distancia que el péndulo recorre cuando la otra bola se le acerca y le ejerce una
fuerza.
El valor de X2, es la distancia de la otra bolita hasta el péndulo, como esta se encuentra del lado izquierdo
del eje de referencia, su valor es negativo.
R, es la distancia entre ambas bolitas. Esta tabla la calculamos a partir de X y el opuesto de X2.
El valor de la pendiente del grafico Fe (1/r2
) (ajuste lineal y proporcional los dos son los apropiados, dado
que no divergen mucho entre si y el valor de la pendiente no difiere mucho) y Fe (R) (ajuste inverso al
cuadrado) nos dio semejantes entre sí, esto se debe a que la fuerza es directamente proporcional al inverso
del cuadrado de la distancia entre las cargas. Este valor lo utilizamos en el planteo analítico para hallar el
valor de las cargas.
En la primera gráfica Fe(R) se demuestra que la Fe disminuye a medida que la distancia entre las cargas
aumenta.
En la segunda gráfica Fe (1/R2
) se demuestra la relación que Coulomb estableció. Esta dice que la fuerza
eléctrica entre dos cargas es directamente proporcional al producto del valor de sus cargas e inversamente
proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.
Las limitaciones que se tuvo a la hora de realizar esta práctica son los errores. Estos fueron mínimos dados a
la hora de tomar los puntos en el video. A esto se deben las pequeñas diferencias que hay entre las
pendientes.
Conclusión:
Luego de analizadas las gráficas que se puedo establecer y verificar Ley de coulomb, la misma fue
mencionada anteriormente.