Ley de Coulomb: el campo alrededor de una carga puntual
1 · Predecir
Una sola carga puntual se encuentra sola en el espacio. Si mueve un punto de prueba el doble de distancia, ¿cuánto cae la intensidad del campo eléctrico?
- El campo cae a 1/4; cae con el cuadrado de la distancia.
- El campo cae a 1/2; cae linealmente con la distancia.
- El campo permanece igual independientemente de la distancia.
2 · Configurar
- Abra el preajuste de carga única y presione Restablecer. La carga fuente está fija en q = 5 nC.
- Habilite la lectura de intensidad de campo en un punto de prueba.
- Establezca la distancia del punto de prueba a la carga para cada prueba y registre la intensidad del campo.
3 · Recopilar Datos
| Distancia r (m) | Potencial V (V) | Fuerza de campo E (N/C) |
|---|---|---|
| 1.00 | ||
| 2.00 | ||
| 3.00 |
Grafique la intensidad de campo E (eje y) frente a 1/r² (eje x) para sus tres pruebas. ¿La recta pasa por el origen?
4 · Analizar
- Para una prueba, calcule E = kq/r² usando k = 8.99×10⁹ N·m²/C², q = 5 nC. Compare con la tabla.
- Explique, utilizando la ley del cuadrado inverso, por qué duplicar la distancia equivale a un cuarto de la intensidad del campo en lugar de dividirla a la mitad.
5 · Ampliar
- Su columna de potencial (V = kq/r) disminuye más suavemente que el campo (1/r en lugar de 1/r²). Explique por qué el potencial y el campo tienen diferente dependencia de la distancia aunque ambos provienen de la misma carga fuente.
- La ley de Coulomb E = kq/r² tiene exactamente la misma forma matemática que el campo gravitacional de Newton g = GM/r². ¿Por qué dos fuerzas completamente diferentes (eléctrica y gravitacional) podrían compartir esta estructura de cuadrado inverso?
La física detrás de este experimento
Ley de Coulomb
Una carga puntual crea un campo eléctrico radial que disminuye con el cuadrado de la distancia: E = kq/r², donde k = 1/(4πε₀) ≈ 8.99×10⁹ N·m²/C². La fuerza sobre una carga de prueba es F = qE.