Lab1 Fuerza Eléctrica

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LABORATORIO 1 – FUERZA ELÉCTRICA
Carlos David Vallejo - Código: 101717021328
Claudia Marcela Hurtado Franco - Código: 101718020740
Daniela Garzon Arturo - Código:101719020908
Camilo Sanchez Ferreira
20 de octubre de 2022
1. OBJETIVOS
1.1 OBJETIVO GENERAL: Reconocer una carga eléctrica como una propiedad de la materia que está
presente en las partículas subatómicas.
1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS:
- Identificar un dispositivo que permite subir y bajar repetidamente la carga de un objeto cargado
aprovechando el fenómeno de separación de cargas.
- Reconocer procedimientos para cargar un cuerpo eléctricamente.
- Identificar los factores que determinan la fuerza eléctrica.
2. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA
La carga eléctrica es una propiedad física propia de algunas partículas subatómicas que se exponen
mediante fuerzas de atracción y repulsión entre ellas a través de campos electromagnéticos. La materia
cargada eléctricamente es influida por los campos electromagnéticos, siendo, a su vez, generadora de
ellos. Las cargas eléctricas no pueden destruirse ni crearse. La cantidad de carga eléctrica en el
universo es constante. Los materiales responden de distinto modo a la inducción electromagnética.
Algunos son conductores de la electricidad y otros son aislantes, es decir, no la conducen. (Concepto
Pág. 1-2)
Conforme al Sistema Internacional de Medidas (SI), las cargas eléctricas se miden en una unidad
llamada Coulombs (C). Su nombre se estableció en honor al físico francés Charles-Augustin de
Coulomb (1736-1806), uno de los mayores estudiosos de este tipo de fenómenos físicos. Una unidad de
Coulomb se define como la cantidad de carga que transporta una corriente eléctrica de un amperio por
un conductor eléctrico en un segundo. Un amperio corresponde a electrones libres.6, 242 𝑥1018 
Entre cargas existe una fuerza eléctrica, como lo describe la ley de Coulomb. Usamos la ley de
Coulomb para encontrar las fuerzas generadas por configuraciones de carga. (“La fuerza eléctrica
(artículo)Pág 1-2”)
3. MONTAJE EXPERIMENTAL
En este laboratorio, se realizaron tres montajes experimentales distintos, para los cuales se utilizaron los
siguientes materiales.
Montaje 1 y 2:
• Un pitillo.
• Una balanza analítica.
• Un plano inclinado de vidrio con ángulo variable.
• Un trozo de tela suave.
Montaje 1: Al haber tenido todos los materiales mencionados se procede a dar inicio a la práctica de
laboratorio de la siguiente manera:
a) Se identificaron los materiales y se llevó el pitillo a la balanza.
b) Se limpió el vidrio con un material aislante para poder colocar el pitillo y realizar el montaje
de la figura 1.
c) Se varió el ángulo de inclinación de la superficie de vidrio, hasta encontrar el ángulo en el
cual el pitillo comience a deslizarse, (Se realizó este procedimiento 20 veces).
Figura 1.
Montaje 2: Con los materiales ya mencionados se procedió a dar inicio a nuestro segundo momento de
laboratorio de la siguiente manera:
a) Se ubica la superficie de vidrio de manera vertical, formando un ángulo de 90° con la horizontal.
b) Se frotó el pitillo con el cabello de un integrante del grupo, de tal forma que éste quede cargado.
c) Se colocó el pitillo en la superficie de vidrio, como se muestra en la figura 2, y éste por la carga
ganada quedó adherido al vidrio (después de varios intentos, se logró).
Figura 2.
Montaje 3 (Electroscopio):
• Vaso de vidrio con tapa aislante.
• Cable de cobre.
• Corcho.
• Papel aluminio.
• Alicate.
• Globo.
Al haber tenido todos los materiales mencionados se procedió a dar inicio a la última práctica de
laboratorio de la siguiente manera:
a) Se identificó la utilidad de cada uno de los elementos.
b) Se abrió un orificio en la tapa, de tal forma que en éste se pudiera introducir el corcho, el cual
serviría de aislante entre el exterior e interior del vaso.
c) Se atravesó el corcho con el alambre, dejando una parte dentro del vaso y la otra que sobresale
en la parte exterior, (la parte inferior del alambre fue deformada en forma de gancho para no tener
contacto con el vaso).
d) Con el papel aluminio, se formó una esfera de aproximadamente 4 cm de diámetro y dos láminas
pequeñas que fueron atravesadas por una de las puntas del alambre, más exactamente para que
quedaran suspendidas del gancho.
e) Se insertó la bola de aluminio a la parte superior del alambre, como se muestra en la figura 3.
f) Se frotó el globo durante un tiempo prolongado con el cabello de un integrante del grupo,
logrando que éste adquiera carga.
g) Se acercó el globo a la esfera de aluminio y se evidenció cómo las láminas dentro del vaso se
repelen, y cuando se alejó el globo, las láminas se vuelven a juntar.
Figura 3. Electroscopio casero
4. RESULTADOS
Montaje 1.
Al haberse hecho el primer montaje se consignaron los datos de los ángulos obtenidos en la siguiente
tabla:
Tabla 1. Datos de la variación del ángulo de inclinación de la superficie.
N° Inclinación (°) N° Inclinación (°) N° Inclinación (°)
1 40.5 8 30.5 15 30
2 34 9 30.5 16 35
3 31 10 36 17 34
4 42 11 43 18 35
5 33 12 33 19 34
6 33 13 33.5 20 30
7 42.5 14 33 Promedio: 34.7°
Peso del pitillo: 0.11g
Con los datos ya consignados se procedió a realizar un diagrama de cuerpo libre para así pasar a
realizar la sumatoria de fuerzas y de esta manera poder encontrar el coeficiente de fricción estática
entre el vidrio y el pitillo.
Figura 4. D.C.L montaje 1
Se descompone la fuerza de gravedad para que esta quede en el eje X y en el eje Y.
Para la fuerza de gravedad de X:
𝑆𝑒𝑛θ = 𝐹𝑔𝑋𝐹𝑔
Despejamos la fuerza de gravedad en X y se obtiene:
𝐹𝑔𝑋 = 𝐹𝑔. 𝑠𝑒𝑛θ
Para la fuerza de gravedad en Y:
𝐹𝑔𝑌 = 𝐹𝑔𝑌𝐹𝑔
Despejamos la fuerza de gravedad en Y y se obtiene:
𝐹𝑔𝑌 = 𝐹𝑔. 𝑐𝑜𝑠θ
Después de haber determinado la fuerza de gravedad en ambos ejes se procede a realizar el diagrama
de cuerpo libre limpio.
Figura 5. D.C.L.L montaje 1
Se realizó la sumatoria de fuerzas para ambos ejes.
Eje X:
Σ𝐹𝑥 = 𝐹𝑔𝑋 − 𝐹𝑟 = 0 
Recuerde que y que , por lo tanto𝐹𝑟 = µ * 𝑛 𝐹𝑔𝑋 = 𝐹𝑔. 𝑠𝑒𝑛θ
(1)𝐹𝑔. 𝑠𝑒𝑛θ − µ𝑠. 𝑛 = 0 
Eje Y:
Σ𝐹𝑦 = 𝑛 − 𝐹𝑔𝑌
Se supo que por lo tanto𝐹𝑔𝑌 = 𝐹𝑔. 𝑐𝑜𝑠θ
(2)𝑛 − 𝐹𝑔. 𝑐𝑜𝑠θ = 0 
De (1) despeje µ
(3)µ = 𝐹𝑔.𝑠𝑒𝑛θ𝑛
Ya que se necesita el valor de la normal para poder determinar el coeficiente de fricción entonces se
despeja n de (2)
(4)𝑛 = 𝐹𝑔. 𝑐𝑜𝑠θ
Para determinar el coeficiente de fricción estática se reemplaza (4) en (3)
µ = 𝐹𝑔.𝑠𝑒𝑛θ𝐹𝑔.𝑐𝑜𝑠θ
Se cancela la fuerza de gravedad y nos queda:
µ = 𝑇𝑎𝑛θ
µ = 𝑇𝑎𝑛 34. 7
(5)µ = 0. 69
Es de esta manera que con la sumatoria de fuerzas se pudo calcular que el coeficiente de fricción entre
el pitillo y el vidrio es de 0.69.
Montaje 2.
Después de haber logrado que el pitillo se adhiera al vidrio como se muestra en la figura 6, se procedió
a realizar el diagrama de cuerpo libre para este momento y con la sumatoria de fuerzas poder
determinar el valor de la fuerza eléctrica que se ejerce entre el vidrio y el pitillo para que este quedara
adherido.
Figura 6. Pitillo adherido al vidrio Figura 7. D.C.L montaje 2
Se realiza la sumatoria de fuerzas en los dos ejes.
Eje Y:
Σ𝐹𝑦 = 𝐹𝑟 − 𝐹𝑔 = 0
𝐹𝑟 = 𝐹𝑔
𝐹𝑟 = 0. 11𝑔 . 9. 8𝑚/𝑠
(6)𝐹𝑟 = 1. 08𝑁
Eje X:
Σ𝐹𝑥 = 𝑛 − 𝐹𝑒 = 0
(7)𝑛 = 𝐹𝑒
Se supo que , y de (5) de manera continua el coeficiente de fricción entre el pitillo y el vidrio𝐹𝑟 = µ * 𝑛 
es , entonces lo que se hizo fue despejar n de la fórmula de fuerza de fricción ya que en (7) seµ = 0. 69
tuvo que , por lo tanto:𝑛 = 𝐹𝑒
(8)𝑛 = 𝐹𝑟µ
Reemplazando (5) y (6) en (8)
𝑛 = 1.08𝑁0.69
𝑛 = 1. 57𝑁
De (7) se supo que razón por la cual𝑛 = 𝐹𝑒
𝐹𝑒 = 1. 57𝑁
Es así como se determinó que la fuerza eléctrica para que el pitillo se adhiere al vidrio en nuestro
laboratorio fue de 1.57N
Montaje 3.
Dada la práctica de laboratorio se evidencio el funcionamiento de un electroscopio casero, el cual
consistía en cargar un objeto dejándolo electrificado y observar que, al acercarlo ala esfera, el alambre
de cobre se electriza y las láminas de aluminio cargadas con igual signo se repelen, separándose. La
fuerza de repulsión electrostática se equilibra con el peso de las hojas. Si se aleja el globo de la esfera,
las láminas, al perder la polarización, vuelven a su posición normal, es decir, notamos que se juntan.
Un electroscopio pierde gradualmente su carga debido a la conductividad eléctrica del aire producida
por su contenido en iones. Por ello la velocidad con la que se carga un electroscopio en presencia de un
campo eléctrico o se descarga puede ser utilizada para medir la densidad de iones en el ambiente. Por
este motivo, el electroscopio se puede utilizar para medir la radiación de fondo en presencia de
materiales radiactivos.
Un objeto puede adquirir cargas al frotarlo con otro, de tal forma que el primero se electrifica y el
segundo pierde carga, razón por la cual, el objeto electrificado logra atraer objetos pequeños con una
carga opuesta.
El generador de Van de Graaff utiliza una cinta móvil para
acumular grandes cantidades de carga eléctrica en el interior de
una esfera metálica hueca, razón por la cual, en el momento en
que se acercó el electroscopio, también se evidenció que las
láminas de aluminio se separaron.
5. CONCLUSIONES
● La carga eléctrica es la unión de átomos, protones y electrones que están cambiando su energía de
positiva a negativa o viceversa, permitiendo que exista el comportamiento de atracción y repulsión y
así poder determinar su electromagnetismo.
● El pitillo al ser frotado con el cabello pierde parte de los electrones que posee, razón por la cual
queda electrizado y cargado positivamente, una vez el pitillo queda cargado positivamente, este es
atraído por los electrones de los átomos del vidrio y es por esto que el pitillo se adhiere al vidrio
ubicado de forma vertical.
● Todo material puede ser capaz de recibir o dar electrones por más pequeño que sea este, como
sabemos la interacción entre cuerpos hace que donen o reciban electrones para quedar estables
entre esos dos cuerpos, por lo tanto, la carga eléctrica está presente en nuestra vida cotidiana y es
importante saber cómo se da la interacción entre estas.
6. WEBGRAFÍA
● Concepto, editor. “Carga eléctrica.” Enciclopedia concepto, 2013-2022, p. 2
https://concepto.de/carga-electrica/#ixzz7iDc2OPId. Accessed 19 10 2022.
● “La fuerza eléctrica (artículo).” Khan Academy,
https://es.khanacademy.org/science/electrical-engineering/ee-electrostatics/ee-electric-force-an
d-electric-field/a/ee-electric-force. Accessed 19 October 2022.