Ley de Coulomb

Si revisamos las publicaciones anteriores, podremos evidenciar que se realizó el estudio de las interacciones, mencionamos las interacciones eléctricas y presentamos algunos ejemplos de la misma, donde se puedo observar que en ella existen fuerzas de atracción y fuerzas de repulsión.

La cuantificación de estas fuerzas fue estudiada por Charles Augustin de Coulomb a finales del siglo XVIII, quien utilizo una balanza de torsión para estudiar con precisión las fuerzas entre partículas con cargas eléctricas. Dicha balanza es similar a la utilizada por Cavendish para estudiar la fuerza gravitacional. En el estudio de las cargas puntuales, esto se trata de dos cuerpos con carga que son muy pequeños a comparación de la distancia que los separa, el físico francés Coulomb observó que la fuerza eléctrica es proporcional a 1/r2, esto quiere decir, que cuando se duplica la distancia r, la fuerza disminuye aproximadamente ¼ de su valor inicial; Cuando la fuerza disminuye a la mitad la aumenta cuatro veces su valor inicial.

Pero, es muy importante mencionar que la fuerza eléctrica que se ejerce sobre una carga, producto de la interacción con otra carga eléctrica, también depende del valor de las dos cargas eléctricas (Q y q). Para estudiar dicha dependencia Charles Coulomb dividió la carga e dos partes iguales, colocando un conductor esférico pequeño con carga en contacto con una esfera idéntica, pero sin carga, de este modo se observó que la carga se distribuía de manera equitativa entre las dos esferas, de este modo Coulomb podía obtener un medio, un cuarto, y así sucesivamente de la carga inicial. Fue así como llego a la conclusión que la fuerza que dos cargas puntuales ejercen una sobre la otra son proporcionales a cada carga, por lo tanto, proporcionales al producto de las dos cargas.

Mediante este experimento y estudios fue como Charles Coulomb estableció lo que hoy conocemos como la Ley de Coulomb, que de acuerdo con Zemansky (2009)la describe de la siguiente manera: “La magnitud de cada una de las fuerzas eléctricas con que interactúan dos cargas puntuales es directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa (p.800).

En términos matemáticos, esta relación se transforma en igualdad, incorporando una constante de proporcionalidad K y se escribe de la siguiente manera:

Donde K es la constante de proporcionalidad cuyo valor dependerá del sistema de unidades con el que se trabaje, la dirección de las fuerzas que las dos cargas ejercen una sobre la otra, siempre siguen una línea recta. Cuando las cargas tienen el mismo signo, bien sea positivo o negativo, las fuerzas son de repulsión, mientras que cuando las cargas poseen signos contrarios, es decir, positivo y negativo las fuerzas son de atracción. Cabe resaltar que ambos casos, los dos tipos de fuerzas obedecen la tercera de Ley de Newton, siempre serán de igual magnitud y de direcciones opuestas, incluso cuando las cargas no sean del mismo tipo.

El valor de la constante K depende del sistema de unidades, en la mayoría de los casos se trabaja con el sistema internacional SI. La unidad de la carga eléctrica es el Coulomb (C) y el valor de la constante para este sistema es