Fuerza electrostática
La electrostática, como ciencia cuantitativa, está constituida por una serie de leyes que explican el comportamiento de las fuerzas eléctricas entre cargas puntuales. Una de las leyes eléctricas más destacadas que constituye esta ciencia es la conocida Ley de Coulomb.
Representación gráfica de la fuerza de atracción entre dos cargas.
Historia de la Ley de Coulomb
La Ley de Coulomb fue descubierta por Priestley en 1766 y redescubierta por Cavendish pocos años después, pero fue no fue hasta 1785 que está ley fue sometida a ensayos experimentales directos por el físico e ingeniero francés Charles Augustin de Coulomb, conocido por enunciar leyes importantes para la física como las leyes sobre el rozamiento.
Coulomb presentó a la Academia de Ciencias de París una serie experimentos realizados sobre cuerpos cargados. Uno de los experimentos principales fue el desarrollo de la balanza de torsión, con la que determinó las propiedades de la fuerza electrostática.
Coulomb colocó en la barra de la balanza una pequeña esfera cargada a diferentes distancias, luego posicionó otra esfera también cargada para medir la fuerza entre ellas observando el ángulo que giraba la barra.
Las conclusiones de este experimento se pueden resumir en los siguientes puntos:
Estas conclusiones constituyen lo que se conoce hoy en día como la ley de Coulomb.
Enunciado de la Ley de Coulomb
“La fuerza electrostática entre dos cargas puntuales es proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa, y tiene la dirección de la línea que las une. La fuerza es de repulsión si las cargas son de igual signo, y de atracción si son de signo contrario".
Donde:
Representación gráfica de la Ley de Coulomb.
Se deben resaltar los siguientes puntos:
Limitaciones
- La expresión matemática solo es aplicable a cargas puntuales estacionarias. Para casos estáticos más complicados de carga, necesita ser generalizada mediante el potencial eléctrico.
- Para cargas a distancias pequeñas (tamaño de los átomos), la fuerza electrostática efectiva debe ser corregida por factores cuánticos.
Problema 1
Una carga de 3 . 10-6C se encuentra a 2 m de una carga de -8 . 10-6C, ¿cuál es la magnitud de la fuerza de atracción entre las cargas?
Solución:
Se tienen todos los datos que se necesitan para solucionar el ejercicio.
Aplicando la fórmula de la Ley de Coulomb:
Se sustituye:
Se multiplicaron las cargas eléctricas, recordando quelos exponentes se suman. Se elevó al cuadrado la distancia que separa las cargas.
Se multiplica para obtener:
Se observa que hay un signo negativo, como se pide el valor de la magnitud de la fuerza se toma la misma como un valor absoluto, obteniendo como resultado final:
Para practicar
R = 6,38 . 108N
R = 0,2 m
R = 0,04 C
R = 0,0000055 C