Ley De Coulomb


La ley de Coulomb

El científico francés Charles Coulomb formuló en 1878 la ley que lleva su nombre. Coulomb investigó la magnitud de la fuerza de interacción entre pequeñas esferas cargadas eléctricamente. En aquella época nada se sabía acerca de la constitución interna de los átomos y para la mayoría de los científicos la existencia de los mismos era sólo una hipótesis. Pero lo que si seconocía era que en condiciones especiales ciertos cuerpos experimentaban fuerzas de atracción o de repulsión sin necesidad de estar en contacto. Las otras fuerzas de ese tipo que se conocían eran la gravedad que siempre es atractiva, y las fuerzas entre imanes. Pero éstas últimas sólo se ponían de manifiesto entre cuerpos de ciertos materiales especiales, fundamentalmente hierro y otros minerales quecontenían hierro (magnetita).

Pero las fuerzas eléctricas se producían entre cuerpos de una gran diversidad de materiales. En la época de Coulomb, la investigación acerca de este tipo de fuerzas había conducido a los científicos a la elaboración de una sencilla teoría que se basaba fundamentalmente en las siguientes ideas fundamentales:
Existen dos tipos de carga eléctrica: la positiva y lanegativa
Las cargas eléctricas del mismo signo se repelen, y las cargas de signos opuestos se atraen
La carga eléctrica no puede ser creada ni destruida. Sólo es posible trasferirla de un cuerpo a otro. Esta idea se conoce como Principio de conservación de la carga eléctrica y su enunciado formal es el siguiente: En un sistema eléctricamente aislado, la suma algebraica de las cargas eléctricaspositivas y negativas es constante.
Respecto al comportamiento eléctrico existen dos tipos de materiales. Lo conductores en los que la carga eléctrica se puede mover con facilidad, puede fluir, es decir trasladarse por todo el material. Los aislantes o dieléctricos que se pueden cargar pero la carga queda localizada en cierta región del material. La carga no puede fluir por ellos.

Este era el estado delconocimiento teórico acerca de la electricidad en la segunda mitad del siglo dieciocho. Debemos aclarar también que las cargas eléctricas, tanto la positiva como la negativa eran consideradas como cierta clase fluidos.

¿Qué agregó Coulomb a todo este conocimiento? Él descubrió que las fuerzas eléctricas tanto de atracción como de repulsión son inversamente proporcionales al cuadrado de ladistancia que separa a los cuerpos cargados, si estos son esféricos o de pequeñas dimensiones comparados con la distancia que los separa. Además la dirección de dicha fuerza coincide con la de la recta que une a ambos cuerpos.

Podemos apreciar en la figura, un esquema con tres situaciones distintas con la misma pareja de cargas. En el primer caso las cargas están separadas cierta distancia d y serepelen con una fuerza de intensidad F. Cuando las mismas cargas están separadas el doble de distancia la fuerza se reduce a la cuarta parte. Si las mismas cargas se separan a una distancia 3d entonces ahora la fuerza es F/9.

Además, ley de Coulomb, determina una manera de definir cuantitativamente el concepto de carga eléctrica. Suponiendo que los dos cuerpos tengan la misma carga, midiendo ladistancia entre ellos y la fuerza con que se repelen se puede definir la carga eléctrica en función de estas dos magnitudes conocidas.

Vamos a plantear ahora la expresión matemática de la ley de Coulomb que incluye todos los aspectos mencionados hasta ahora:

En esta fórmula q1 y q2 son los valores de las cargas de los dos cuerpos que interactúan eléctricamente. La distancia de separación entre ellosse ha designado como r12. es la fuerza (magnitud vectorial) que la carga q1 ejerce sobre la carga q2. Esta fuerza tiene la dirección y el sentido representada por el versor (vector unitario) . Estas magnitudes, incluidas en la fórmula de la ley de Coulomb, se muestran en la figura 5.

¿Qué significa la k que está multiplicando el segundo miembro de la igualdad?

Si se eligen las unidades en...