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Cargas eléctricas en movimiento

COULOMB, y con él nosotros hasta aquí, hemos analizado cargas en reposo. ¿Qué sucede cuando una carga eléctrica se pone en movimiento? Este es un fenómeno muy común en nuestros días, pues lo que se produce es una corriente eléctrica. Una forma habitual de generarla es conectar un alambre conductor, de cobre, por ejemplo, entre los polos de una batería. Estoproduce una fuerza eléctrica sobre las partículas que forman el alambre. Las partículas son de dos tipos: iones muy pesados que casi no se mueven y electrones mucho más ligeros que responden ágilmente al campo eléctrico que genera la batería. Como la materia es eléctricamente neutra y los electrones están cargados negativamente, los iones deben ser positivos. Se puede, por consiguiente, imaginar lacorriente eléctrica en un alambre recto como se ve en la Figura 8.

Podemos ahora jugar experimentalmente con corrientes eléctricas y plantearnos una multitud de cuestiones. Coloquemos dos alambres rectos, uno paralelo al otro, y circulemos una corriente en uno de ellos y en el otro no; vemos que casi no ocurre nada. Luego hagamos circular corriente por los dos alambres. Si hay corriente en elmismo sentido en ambos conductores, se observa entonces una fuerza atractiva entre los dos alambres. Por el contrario, si los electrones se mueven en sentido contrario en uno y otro conductor, los alambres se repelen. ¿Cómo podemos explicarnos esta nueva fuerza? En particular, ¿es este efecto experimental explicable mediante lo que ya sabemos sobre la fuerza de Coulomb, que actúa sobre cargas enreposo?

Problemas como éste, que pertenecen a la electrodinámica de los cuerpos en movimiento, condujeron a Albert Einstein a una revisión profunda de los conceptos de espacio y tiempo, de lo que significa que un experimentador observe un fenómeno; en fin, a un cuestionamiento muy profundo de lo que es la física. Veamos algunos de los razonamientos que condujeron a la teoría de larelatividad, propuesta por Einstein en 1905, cuando trabajaba en la oficina de patentes en Berna.

Empecemos por disectar el experimento de los dos alambres, reduciendo uno de ellos a una sola carga en movimiento, como se ve en la Figura 8. En tal caso, el experimento nos dice que cuando hay corriente en el alambre y la velocidad de la carga es diferente de cero, sobre la partícula cargada actúa unafuerza; si, por otro lado, la partícula se halla quieta respecto al alambre, la fuerza es nula.

Hagamos un modelo físico para entender el experimento. Con objeto de que el alambre no tenga una carga neta, como no la tiene la materia en bulto, imaginemos que el número de iones positivos (y quietos) por unidad de longitud es igual al número de electrones, también por unidad de longitud, que semueven dentro del alambre. Como el efecto de cada carga negativa se anula con el de las cargas positivas, la fuerza neta de Coulomb sobre una carga testigo en reposo es nula. No hay fuerza sobre ella. Si el observador ve que la carga testigo no se mueve en un instante dado, la verá siempre quieta. Es como si el campo total de fuerzas sobre la carga testigo se anulara.

Empero, el observador esajeno por completo al sistema. ¿Qué pasaría si, al mirar detenidamente a la partícula testigo y ver que nada ocurre, se aburriera y empezara a caminar? O mejor aún, ¿qué diría otro observador que en el momento en que su amigo el físico realizaba el experimento anterior pasaba por ahí en su automóvil? Imaginar estos experimentos, que con justicia se llaman experimentos pensados, fue para Einsteinun pasatiempo favorito. En este sentido, Albert Einstein no sólo fue un gran teórico sino también un gran experimentador, que realizaba con maestría sin igual maravillosos experimentos... pensados.

El observador en movimiento vería no sólo que por el alambre circula una corriente sino también que la carga se mueve. Ya que él también es físico, y su amigo, el experimentador quieto, le había...
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