5.-Cargas

Ci-tñTliQ,Ilñi-\tLi-¿il,ÍlTTf'.Pi|O

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FrsrcA

GENERAL

rr (rS

2OO)

ELEGTROSTATICA

LABORATORIO VIRTUAL

A. TRABAJO

CON CARGAS

PUI\TUALES

l.

Distinguir tipo

de

carga

en

el

campo creado

por

varias

puntuales

1)

Entre a la página:

http://kingfish.coastal.edu/physics/physlets/Electrostatics/sign_of charge.ht

ml

2)

Verá una figura como la que sigue.

Se trata de averiguar el signo de cada carga negra numerada, valiéndose de la roja, que puede mover como desee colocando sobre ella el cursor.

E,n su repofte deberá señalar el signo de cada carga aludida. Para justificar

sus respuestas habrá de incluir las pantallas que permitan explicar el porqué de las lnislnas.

Entre ahora a:

httg/lecture-online.cl.msu.edLr/-mmp/appli_st/coulomb/orbit,htm _{Averigüe y}

expliqr,re por qué la trayectoria del electrón que ud. coloca sobre la figura realiza una trayectoria elíptica (debe leer en elvolumen 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?

3)

4)

5)

E

'-€

4

*\

€

g

2.

Comprobación

de

la Ley

de

Coulomb

o

EXPLICACIÓN

1)

Entre a la página:

http://wrvr,v.sc.ehu.es/sbweblfisica/elecmagnet/canrpo_electrico/fuerzalfuerz a.htm#Actividades

2)

El applet le muestra la figura de un problema típico para aplicar Ley de

Coulomb, Una pareja de péndulos con bolas cargadas inicialmente verticales y pegados. Para ver el fenómeno se oprime el botón 'Nuevo', en la parte inferior derecha del 'applet'

1"*-Masa

(g)

150 0

Como ve el 'applet' le muestra también las fuerzas que actúan sobre cada cargay un transportador para medir el ángulo de deflexiórr.

La deflexión varía si se cambia la masa de las bolitas cargadas: la barra

móvil inferior permite hacer el cambio. Para ver el efecto tras el cambio de

la masa se oprime de nuevo el botón'Nuevo'.

Además cada vez que se oprime 'Nuevo' el programa genera un nuevo valor

aleatorio parea la carga.

El botón

'Gráfica'

le muestra la relación Ángulo de deflexión vs. Carga, gráfrca que se puede ir generando oprimiendo 'Nuevo' repetidas veces

manteniendo un valor constante para la masa.

I

r1

3)

4)

5)

6)

1

2.

3

4

_{5 iE}

f

E5 :l

1

-J.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

l)

consiga seis configuraciones de equilibrio con masas de B0 g y deflexiones

de27',30o, 33o, 36o,39o

y

42o

2)

calcule las cargas que corresponden a esas configuraciones de equilibrio.

3)

En base a ellas, grafique la curva Ángulo vs. Carga.

4)

compruebe la validez de su trabaja contrastando su gráfica con la que da el

'applet'

5)

Incluya su gráfica y Ia del 'applet' en su reporte

6)

En base a los ángulos de deflexión y apoyándose en un diagrama de cuerpo libre, calcule la fuerza electrostática que corresponde a cada ángulo.

Grafique entonces esa fuerza electrostática vs. el inverso de la distancia que

separaba las cargas para cada ángulo usado.

7)

Incluya también esta última gráfica en su reporte.

Movimiento

de

una

esfera

conductora

descargada ante

un campo

uniforme

que

va aumentando

EXPLICACIÓN

1)

Entre a la página

http:/Ávrryu'.sc.ehu.es/sbweb/fisica/elecmagnet/campo_electrico/pendulo/pen dulo.hhn#Actividades

carqa. S

W

_Fasitiva

I

negativa

senErador de carsa

¿',fl:\

Mover cnn el ratún la esfera rfrrqrdr

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

l)

Con la bola cargada procedente del generador se transmite carga a una de las

placas del capacitor plano.

2)

En ese momento el electroscopio de la izquierda señalará presencia de carga

y la bolita conductora cargada con carga negativa se separará algo de la posición de equilibrio.

3)

Con la tecla 'Nuevo' comienza el proceso. El 'mouse' colocado sobre la esfera que cargó el Van der Graaf permite cargar una de las placas del capacitor.

4)

Para dar más carga a la placa se oprime el botón

'Otra

más'.

5)

Mediante el recurso

a'Otra

más', se tratade aargar lo suficiente el capacitor como para que la carga pendular comience a oscilar.

6)

Se debe observar el fenómeno hasta que el péndulo regrese al reposo.

RESULTADOS PARA

LOS TRES

PROCEDIMIENTOS.

Su reporte ha de incluir:

1)

Lo señalado en I .4

2)

En relación con el procedimiento experimental de n.2:

a.

Las cargas aludidas en 2)

b.

Las gráficas dichas en 4)

c.

La gráfica de 7)

3)

Respecto al n.3 ha de presenta ouatro pantallas:

a.

La primera: la pantalla inicial

b.

Despr"rés la que corresponda a una situación de desplazamiento del péndulo pero perrnaneciendo éste en reposo

c.

Un momento de la oscilación delñ péndulo cuando el campo es

suficientemente grande

d.

El reposo final del péndulo

O

PREGUNTAS

SOBRE LOS TRES

PROCEDIMIENTOS

Procedimiento

n.l

l)

¿Cuál es ñla clave que utilizó para conocer el signo de cada una de las cargas negras

Procedimiento

n.2

2)

En los casos de 30^ y

42

que prevé el número 1) del procedimiento, _¿cuánto vale la tensión que sopofian las cuerdas?

3)

Explique mediante la curva que se pide en el número 6), _{¿por qué} la forma

de la misma demuestra la Ley de Coulomb?

4)

Para un valor de 80 gramos en la masa de las bolas y un ángulo pequeño escriba la fórmula que relaciona ángulo vs. carga y haga la gráfica.

Procedimiento

n.3

5)

Tras cargar por primera vez el capacitor, _{¿por qué} el péndulo queda inclinado?

6)

¿Qué cambia sobre la bolita del péndulo para que éste se equilibre en

posiciones cada vez más inclinadas?

7)

CLrando 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?

B)

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

9)

Llegado el movimiento pendular, ¿qué provoca que, llegado ciefto momento,

la bolita primero ya no toque las placas y después termine por detenerse

completamente?

B.CONFIGURACIONES

DE

I,ÍXETS

DE CAMPO

Y

SUPERFICMS

EQUIPOTENCIALES

1. Estudio

de

varias configuraciones

debidas

a

distintos

conjuntos

de

cargas

EXPLICACTÓN

Entre a http:l/www.f¿rlstad.com/v_eclo€de/. Verá una gran opción de pantallas que dependen de la selección de funciones que puede manejar desde el ángulo superior derecho. Le mostramos enseguida una de esas pantallas.

Entre también a: http:/Wtyw.falstad.com/vector3de/ . Le ayudará. Maneje las distintas opciones del 'applet' para que lo entienda bien.

o

1)

4)

Veamos ahora cada una de las opciones-funciones que presenta el 'applet'

I.

TIPOS DE

DISTRIBUCIONES DE

CARGA

U.

_{OPCIONES DE}

_COLOR

Eetup: quffdrupülE

Setup: charged line

5etup. line rharqe duuhle Eetup: dipole lines 5etup. quad lines Setup: point rharqe

S*tup: ronrJur:ling pixl* S*1up.

*h*rü*d

¡:latr* S*1u¡:; {hñrg*d BicX* Fxir $clup: thxrgxrl _F¡*t* ¡3ip*ls

$ str.¡p : intlnit* ]:lane

Setup : süür:J'r*tiü$ *ylíndrr *xlu¡:, tyi + _{iin* rharg*}

tstux.

et'Xir¡d*r in {i*1rf

S*tru¡i: ¡Ji*l** cyl

ir

fieid

Selup e lotlud rünductrn{¡ pláne

III.

OPCIONBS DE

VISUALIZACIÓN

A) SELEC]CIÓN DE

LINEAS DE CAMPO O ,EQUIPOTPNCIALFS Flonr:

equipotentials

-

i

PARA

CADA CONFIGURACION

B) SELECCIÓN NE PARTICULAS

MOVIÉNDOSE EN EL CAMPO O

VECTORES CAMPO

ry.

OPCIONES DE

VISUALIZACION

USANDO

EL'MOUSE'

ANALISIS

DE

CUATRO

DISTINTAS

CONFIGURACIONES

1)

Manejará las siguientes configuraciones (l):

a.

Doble carga puntual

b.

Cr"radrupolo

c.

Placa conductora

d.

Conductor cilíndrico

r^

,'

:*,. ,"' -**

:

iU0lDr:

p0lenllal

-

I

Colsr:field

maunitude

üolnr:

nnne

üolnr:

charue ?

Eetup: Foint charqe dnuhle Setup: dipnle

Flunr. nn lines

Flonr: grid

Flonr:trEld l¡nFs

Display: Farticles fl/el.J

Display: Fadicles (Fnrre) Display: Field Vectürs

Disnlav: Nnne

lulr:use = Adjust

Innm

lt,luuse = Adjust Anqle

luluuse

_{= Line}

lntegral

2)

En todas ellas, utilice siempre la opción para color del potencial

(II)

3)

Respecto

a

[]1, usaremos las opciones para ver equipotenciales primero y líneas de campo después en cada una de las configuraciones.

4)

La opción en IV que usaremos siempre será la de partículas con fuerza

5)

Finalmente y según las posibilidades usará el 'mouse' ya sea para cambiar el ángulo visual, ya sea para aumentar o disminuir la imagen.

6)

Entonces se trata de que:

a.

Tome una configuración con el color de

II

b.

Vea la configuración de líneas (ayúdese de la opción

'Flat')

y después

la de eqLripotenciales

c.

Utilice siempre la opción de parlículas visibles (puede ahí manejar la barra de 'Particles

number')

d.

Conforme haya de contestar las preguntas amplíe la imagen o cambie el ángulo de visión

O

PREGUNTAS

Dipolo

1)

¿Qué representa la superficie que muestra la imagen?

2)

_¿A qué se debe el movimiento de las partículas, que como ve parecen aaer a

un pozo?

Cuadrupolo

3)

¿Qué se puede decir de las cargas en base a los picos que muestra la imagen?

4)

_¿Cuánto vale el campo en la especie de cruz que dorman en el centrop de la

imagen las líneas de campo? Placa condustora

5)

¿Por qué son planas las superficies equipotenciales (véalas como líneas rectas con la opción

'Flat'

6)

Explique la relación entre la forma de las superficies equipotenciales y la diiección de movimiento de las partículas.

7)

¿Por qué aquí no aparecen picos? Cilindro conductor

8)

Exactamente _¿qué ángulo forman las líneas de campo al tocar la superficie del cilindro?

9)

¿Cuánto vale elcampo adentro del cilindro?

l0)¿A

qué se debe que la superficie equipotencial no termine en pico sino en

una superfi cie circular?

Hay una opción que no usó, la de

IV

como

'Mouse:

Surface

integral'.

Úsela

para el caso del cilindro y construya una superficie gaussiana cerca del cilindro, afuera, en [a zona inferior izquierda. Las flechas sobre ella indican cómo va el

flujo eléctrico en esa par-te de la superficie. Explique porqué es entrante o porqué saliente (flechas rojas o verdes) y señale si el flujo total será positivo o negativo

y porqué.

2.

Análisis

de líneas de

campo

1)

Ingrese ahora a:

http://wwlv.dgp.lql:onto.eclu/-rnjmcguff/lesearch/electrostatic/applet 1/nlain.h

rll]"l

2)

Lea en la informacióri que da el 'applet' acerca de cómo colocar cargas

3)

Le presentamos dos imágenes con cuadros blancos. Se trata de que:

a.

coloque ahí las cargas que correspondan o nada si esr el caso. puede ocurrir que en el mismo punto hayan de colocarse varias cargas. puede ocurrir que _{ninguna. Explique erl porqué de sus soluciones.}

b.

c.

En base a su respuesta reconstruya en el oapplet' pantallas que muestren configuraciones de líneas como las que se muesJran aquí.