ELECTROSTÁTICA”

LABORATORIO DE FÍSICA III

Ramon martinez 20851091

Instructor: Jose Abraham Perdomo

San Pedro Sula, 9 – 01- 2014

I. Resumen Introductorio

Objetivos de la Experiencia

1. Entender cómo se comportan cargas puntuales al interactuar entre sí.

2. Comprender la Ley de Coulomb, mediante métodos físicos y gráficos.

3. Analizar el comportamiento de un péndulo entre las placas de un capacitor conforme se carga una de las placas de este mismo.

4. Mediante el uso de applets tener un mayor entendimiento del comportamiento de diferentes distribuciones de carga en el espacio.

5. Entender como diferentes cargas generan líneas de campo y el comportamiento de estas mismas.

Comprender la utilidad y funcionamiento de un electroscopio

A.1 Distinguir tipo de carga en el campo creado por varias puntuales

A.1.2 RESULTADOS

1.- Acercamiento bola roja con bola negra no. 1

La carga de la bola negra es positiva ya que observamos que sus direcciones son opuestas al momento de acercarse, se repelen.

2.- Acercamiento bola roja con bola negra no. 2

La carga de la bola negra es positiva ya que observamos que sus direcciones son opuestas al momento de acercarse, se repelen.

3.- Acercamiento bola roja con bola negra no. 3

La carga de la bola negra es negativa ya que observamos que sus direcciones apuntan una a la otra, se atraen.

4.- Acercamiento bola roja con bola negra no. 4

La carga de la bola negra es negativa ya que observamos que la partícula positiva es atraída hacia ella.

5.- Acercamiento bola roja con bola negra no. 5

La carga de la bola negra es negativa ya que observamos que la partícula positiva es atraída hacia ella.

A.1.3 CUESTIONARIO

1) Entre ahora a: http://lectureonline.cl.msu.edu/~mmp/applist/coulomb/orbit.htm Averigüe y explique por qué la trayectoria del electrón que usted coloca sobre la figura realiza una trayectoria elíptica (debe leer en el volumen I de su libro de Física sobre trayectorias en el Sistema Solar: las ideas son similares). ¿De qué depende de que el electrón caiga sobre el protón o quede girando? Resp:/ Depende del ángulo y magnitud del vector velocidad y de la distancia a la que pase el electrón con respecto al protón.

2) ¿Cuál es la clave que utilizó para conocer el signo de cada una de las cargas negras? Resp:/ La dirección a la que apuntaban los vectores de la fuerza que ejercían unos sobre otros.

A.2 Comprobación de la Ley de Coulomb

Masa de 20 gr.20 º

24º

28º

32º

36º

42º

Masa de 80 gr. 20º

24º

28º

32º

36º

42º

A.2.2 CÁLCULOS

En base a los ángulos de deflexión y apoyándose en un diagrama de cuerpo libre calcule:

1) Carga de las bolas debido a la masa de 20 g para cada configuración (es decir, para cada ángulo de deflexión).

2) Carga de las bolas debido a cada configuración para la Masa de 80 g (es decir, para cada ángulo de deflexión).

3) La fuerza electrostática que corresponde a cada ángulo de la masa de 20 g. En imágenes anteriores se encuentra.

A.2.3 RESULTADOS 1) Tomar en cuenta la explicación teórica que aparece en la página web, ya que en su reporte tendrá que presentar el desarrollo de sus cálculos, apoyados en un diagrama de cuerpo libre para una de las bolas y las ecuaciones de equilibrio para cada configuración. (Ángulos: 20º, 24º, 28º, 32º, 36º, 42º). 2) Insertar las gráficas solicitadas en este inciso:

a) Gráfica Ángulo vs. Carga (obtenida de applet), para la masa de 20 g.

b) Gráfica Ángulo vs. Carga (con los valores encontrados en sus cálculos), para la masa de 20 g.

0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.50

5

10

15

20

25

30

35

40

45

Ángulo vrs. Carga

Angulo

c) Gráfica de Fuerza electrostática (eje y) vs. q2/r2 (eje x), para cada ángulo usado (debe haber calculado antes la fuerza electrostática, claro está), para la masa de 20 g.

40 45 50 55 60 65 700

0.020.040.060.08

0.10.120.140.160.18

0.2

Fuerza electrostática vrs q2/r2

Fuerza electrostatica

3) Realice un cuadro comparativo con la Masa de 20 g y 80 g para la carga, tomando en cuenta los valores calculados.

20 gr 80 grs0.96 1.921.26 2.531.56 3.21.93 3.912.34 4.682.96 5.93

4) En base al cuadro anterior, realice una gráfica comparativa de Angulo vs Carga, para las masas de 20 g y 80 g.

0 1 2 3 4 5 6 70

5

10

15

20

25

30

35

40

45

Ángulo vrs Cargas

20 gr80 gr

A.3 Movimiento de una esfera conductora descargada ante un campo uniforme que va aumentando

A.3.2 RESULTADOS

1) Incluir las pantallas junto con la explicación para:

a) La pantalla inicial.

Al inicio las placas no tienen ninguna carga y la carga central que pende de un hilo está en reposo.

b) Después la que corresponda a una situación de desplazamiento del péndulo pero permaneciendo éste en reposo (sin oscilar).

Al agregar carga a las placas vemos como la carga central se ve atraída hacia la placa cargada positivamente, la carga central tiene una mitad negativa y otra positiva. La inclinación que observamos hacia la placa positiva es debido a que la magnitud de carga de esa placa es mayor a la de la placa negativa.

c) Un momento de la oscilación del péndulo cuando el campo es suficientemente grande.

Al estar completamente cargadas las placas se crea un campo magnético lo suficientemente fuerte en ambas como para hacer que la carga central oscile entre ambas. Al tocar la placa positiva la carga de la placa se transfiere a la central y esto hace q sea atraída hacia la placa negativa y allí se carga negativamente la central y comienza su movimiento entre las placas.

d) El reposo final del péndulo.

A medida que la carga central se mueve y hace contacto con las placas ésta se carga con la carga de la placa que toca y la carga de la placa en sí disminuye hasta que ya no es lo suficientemente fuerte como para atraer a la carga central.

A.3.3 CUESTIONARIO

1. Tras cargar por primera vez el capacitor, ¿por qué el péndulo queda inclinado?Porque hay más carga en la placa positiva.2. ¿Qué cambia sobre la bolita del péndulo para que éste se equilibre en posiciones cada vez más inclinadas?La distribución de la carga en la superficie de la bolita3. Cuando la bolita toca una de las placas, ¿qué proceso ocurre para que la bolita que se está moviendo en una dirección cambie de dirección y salga repelida de la placa?La bola se carga completamente con el signo de la carga que tiene la placa, lo cual hace que sea repelido de esa y sea atraída a la otra placa.

4. ¿Qué proceso se da en el electroscopio para que vaya cambiando la separación de sus laminillas?

5. Llegado el movimiento pendular, ¿qué provoca que, llegado cierto momento, la bolita primero ya no toque las placas y después termine por detenerse completamente?La magnitud de las cargas de las placas va disminuyendo debido a la transferencia de ésta hacia la bolita cada vez que ésta toca las placas.

B. CONFIGURACIONES DE LÍNEAS DE CAMPO Y SUPERFICIES EQUIPOTENCIALES

B.1 Estudio de varias configuraciones debidas a distintos conjuntos de cargas

B.1.2 RESULTADOS

Dipolos

1) Pantalla de Equipotenciales (incluya explicación de lo mostrado) Activar: a) Color: Potencial b) Display: Partículas con fuerzas c) Mouse: Line Integral d) Flat: Desactivado

2) Pantalla de líneas de campo(incluya explicación de lo mostrado) Activar: a) Color: Potencial b) Display: Partículas con fuerzas c) Mouse: Line Integral d) Flat: Activado

Placa Conductora Infinita (Infinite Plane) 1) Pantalla de Equipotenciales (incluya explicación de lo mostrado) Activar: a) Color: Potencial b) Display: Partículas con fuerzas c) Mouse: Line Integral d) Flat: Desactivado

2) Pantalla de líneas de campo(incluya explicación de lo mostrado) Activar: a) Color: Potencial b) Display: Partículas con fuerzas c) Mouse: Line Integral d) Flat: Activado

B.1.3 CUESTIONARIO Dipolo 1) ¿Qué representa la superficie que muestra la imagen? 2) ¿A qué se debe el movimiento de las partículas, que como ve parecen caer a un pozo?

Placa conductora Infinita 3) ¿Por qué son planas las superficies equipotenciales? (véalas como líneas rectas con la opción ‘Flat’)

4) Explique la relación entre la forma de las superficies equipotenciales y la dirección de movimiento de las partículas. 5) ¿Por qué aquí no aparecen picos?

B.2 Análisis de Líneas de Campo

B.2.2 RESULTADOS 1) Incluya en su reporte la hoja (ya resuelta por usted) que aparece con los cuadros en blanco referente al inciso B.2.3.a).

+

-

+

+

-

-

2) Reconstruya ambas configuraciones en el applet.

3) No olvide agregar una explicación del porqué de su resolución. Yo me guié con ayuda de la dirección de los campos magnéticos que salen de cada carga, si los campos apuntan hacia la esfera ésta tiene carga negativa, si los campos apuntan hacia fuera de la esfera ésta tiene carga positiva.

B.2.3 CUESTIONARIO 1) ¿Pueden dos líneas de campo cortarse? ¿Por qué? Las líneas de campo no pueden cortarse. De lo contrario en el punto de corte existirían dos vectores de campo eléctrico distintos.