Practica 2 Balanza de Torsión ( Ley de Coulomb) PDF

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Balanza de torsión...

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Karen Monserrat Meza León 2.- Balanza de torsión. Objetivo: Al terminar la práctica el alumno será capaz de medir la carga electrostática de una esfera metálica. Material: Balanza de torsión. Cuchara electrostática. Lámpara y condensador. Escala luminosa. Regla de 1 mt. Caja electrostática. Manual Leybold. Procedimiento: + Arme el aparato y coloquelo en la posicion que indique el manual. + Oscurezca el laboratorio hasta donde sea posible. + Ajuste que el indicador luminoso este cerca del extremo que permita mayor desplazamiento. + Cargue por frotamiento una barra de acrilico con lana. + Toque con esta barra la esfera en la cuchara electrostatica, para cargarla por conduccion, tratando que la mayor superficie posible del acrílico tenga contacto con la esfera, no basta un toque sencillo o instantaneo. + Observe el indicador luminoso y cuente los cms recorridos. + En el manual Leybold (amarillo) dice, que la fuerza entre las esferas será de 5 dinas por cada centimetro recorrido por el indicador

F = ( 5 din/cm)(Distancia) --------------------- (1) Esta fuerza, debe ser ahora convertida al sistema internacional de medidas, es decir a Nw, recordando que 1 Nw = 105 dinas. Para poder sustituir en la Ley de Coulomb necesitamos tener la distancia entre las esferas. Este es un punto importante que debe encargarse al alumnado como una parte creativa. Puesto que solamente existe un aparato en el Laboratorio de Fisica, no se hace la practica de manera inmediata, sino que se pide a los alumnos piensen -de manera creativa- en algun metodo para medir la distancia entre las esferas, sin tocarlas claro, puesto que de hacerlo, anulariamos o modificariamos su carga electrostática. Podríamos mencionar, por ejemplo, que en agunas ocasión, un alumno aficionado a la fotografia, decidio tomar una foto de las esferas en el momento de maximo acercamiento, y utilizando la escala apropiada, pudo medir la distancia problema.

De la ley de Coulomb, tenemos que, la fuerza entre dos cargas está dada por

F=

Kq1 q2 r2

donde q1 y q2 son las cargas, r es la distancia y k es una constante de proporcionalidad.

Puesto que solamente cargaremos por conduccion UNA de las esferas, y produciremos carga por inducción en la otra, podemos afirmar que la carga será de la misma magnitud pero de signo opuesto, siendo la fuerza de atracción.

Si q1 = q2

Kq F= 2 r

2

y despejando la carga podemos obtener nuestro resultado

Observaciones: La fuerza se obtiene de la ecuacion 1. La constante es conocida y tiene un valor de 9E9 Nw-mt2/coul2 La distancia es donde el alumno pone su esfuerzo. Para tener este valor debe de medirse en el sistema de la balanza. El profesor debe animar a su alumnos a que piensen en un metodo, en una manera de obtener este valor y no permitir mediciones simplemente “a ojo” o uando una simple regla, ni aun un simple vernier. Hagase notar al alumno, que hasta aquí, se le proporciona el equipo, el manual, se le dan las ecuaciones incluso se hace un ejemplo. Algo debe de poner el alumno de su parte: el metodo para medir la distancia. El sistema es muy sensible a la humedad ambiente. Durante la temporada de sequia ( hr entre 30 y 50%) es posible obtener desviaciones de la escala luminosa de decenas de centimetros, a veces de escala completa. En la temporada de lluvias (hr entre 80 y 100%) a veces es imposible obtener ni siquiera medio centimetro, y eso en un tiempo muy corto. La balanza es muy sensible a vibraciones. Evite personas escribiendo en la misma mesa, aun personas caminando alrededor de la mesa podrian causar vibraciones visibles en el indicador luminoso. Utilice la aleta estabilizadora de la balanza para disminuir este problema, subiendo o bajando el recipiente con agua.

1 2 3 4

DISTANCIA INIC. 16.3 cm 16.3 cm 16.3 cm 16.3 cm

DISTANCIA FINAL 17.3 cm 17.5 cm 17.2 cm 17.65 cm

DINAS

CARGA (Q)

5 11 6 11

7.45 x 10-10 1.32 x 10-3 7.35 x 10-10 1.49 x 10-9

Conclusión: En esta practica pudimos conocer un poco más sobre como utilizar la balanza de torsión, la cual se aplica,con el objeto de medir fuerzas débiles, Coulomb empleó la balanza para medir la fuerza electrostática entre dos cargas lo cual convierte este instrumento en algo bastante útil para conocer las cargas....