Ley de Coulomb

LA LEY DE COULOMB
 
Charles Coulomb (1736-1806)
La mayor contribución de Coulomb a la ciencia fue en el campo de la elec trostática y el magnetismo. Durante su vida también investigó la resisten cia de los materiales y determinó las tuerzas que afectan a los objetos sobre las vigas, contribuyendo así al campo de la mecánica estructural. En el campo de la ergonomía su investigaciónproporcionó una comprensión fundamental de las formas en las cuales las personas y los animales pueden realizar mejor su trabajo.
 
Charles Coulomb (1736-1806) midió las magnitudes de las fuerzas eléctricas entre objetos cargados mediante la balanza de torsión, que él mismo inventó (Fig. 2.1).

Balanza de torsión de Coulomb usada para establecer la torsión del cuadro inverso para la fuerzaelectrónica entre dos cargas.
Coulomb confirmo que la fuerza eléctrica entre dos pequeñas esferas cargadas es proporcional al cuadrado inverso de la distancia que las separa r—es decir: Fe 8 1/r². El principio operativo de la balanza de torsión es el mismo que el del aparato que usó Cavendish para medir la constante gravitacional, con las esfe ras eléctricamente neutras reemplazadas por unas cargadas. Lafuerza eléctrica entre las esferas cargadas A y B en la figura 2.1 provoca que las esferas o se atraigan o se repelan entre sí, y el movimiento resultante causa que se tuerza la fibra suspendida. Ya que el momento de torsión de restitución de la fibra torcida es proporcional al án gulo a través del cual gira la fibra, una medición de este ángulo proporciona una me dida cuantitativa de la fuerzaeléctrica de atracción o repulsión. Una vez que las esfe ras se cargan por frotamiento, la fuerza eléctrica entre ellas es muy grande comparada con la atracción gravitacional, así que puede ignorarse la fuerza gravitacional.
Los experimentos de Coulomb demostraron que la fuerza eléctrica entre dos partículas cargadas estacionarias.
•  es inversamente proporcional al cuadrado de la separación rentre las partículas y 
está dirigida a lo largo de la línea que las une;
•  es proporcional al producto de las cargas q1 y q2 .sobre las dos partículas;
•  es atractiva si las cargas son de signo opuesto v repulsiva si las cargas tienen el mismo signo.
A partir de estas observaciones se puede expresar la ley de Coulomb como una ecuación dando la magnitud de la fuerza eléctrica (en ocasionesllamada fuerza de Coulomb) entre dos cargas puntuales:
Ecuación 1

Donde K e, es una constante conocida como constante de Coulomb . En este experimen to Coulomb también pudo demostrar que el valor del exponente de r era 2 hasta una incertidumbre de un pequeño porcentaje. Los experimentos modernos han demostrado que el exponente es 2 hasta una incertidumbre de unas cuantas partes en 10 a la16. La constante de Coulomb tiene un valor que depende de las unidades elegidas. La unidad de carga en unidades del SI es el coulomb (C). La constante de Coulomb K e en unidades SI tiene el valor
K e = 8.9875 x 109N?m²/C²
Esta constante se escribe también en la forma:
Ecuación 2:

 
Donde la constante se conoce como la permisiva del espacio libre y tiene valor de:
8.8542 X 10-12C² /N ² ?m ².La unidad de carga más pequeña conocida en la naturaleza es la carga de un electrón o un protón, el cual tiene un valor absoluto de:

Por tanto, un C de carga es aproximadamente iguala al carga de .24X1018electrones o protones. Este numero es muy pequeño cuando se compara con el numero de electrones libres ² en 1 cm³ de cobre, el cual es del orden de 1023. Aun así, 1 C es una cantidadsustancial de carga. En los experimentos ordinarios, donde una barra de caucho o vidrio se cargan por fricción, se obtiene una carga neta del orden de 10-6C. En otras palabras, sólo una fracción muy pequeña de la carga total disponi ble se transfiere entre la barra y el material de frotamiento.
TABLA 2.1

EJEMPLO :
EL ATOMO DE HIDROGENO
El electrón y el protón están separados (en promedio) por una...