Objetivos
Terminada la lección podras realizar lo siguiente:
- Explicar la ley de Coulomb.
- Explicar interacciones electromagnéticas.
- Identificar los compoentes de la ecuación de fuerza eléctrica.
Enunciado de la Ley de Coulomb:
La Ley de Coulomb describe la fuerza de atracción o repulsión entre dos cargas eléctricas puntuales. Fue formulada en 1785 por el físico francés Charles-Augustin de Coulomb y es una de las leyes fundamentales del electromagnetismo, similar a cómo la ley de la gravitación universal describe la fuerza gravitatoria entre masas.
La fuerza que actúa entre dos cargas eléctricas es directamente proporcional al producto de las magnitudes de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa. Además, esta fuerza es de atracción si las cargas tienen signos opuestos, y de repulsión si las cargas tienen el mismo signo.
La ley de Coulomb se representa en una ecuación
Es la ecuación que explica relación que existe entre partículas cargadas cuando no hay movimiento entre ellas. En términos matemáticos la ecuación es la siguiente:
Donde la fuerza F está en Newton, q son las cargas 1 y 2 que están en interacción, d representa la distancia entre las cargas y la k es la constante de culombio que es:
Interpretación:
- Directamente proporcional a las cargas: Cuanto mayor sea la magnitud de las cargas, mayor será la fuerza entre ellas. Por ejemplo, duplicar una de las cargas también duplicará la fuerza entre ellas.
- Inversamente proporcional al cuadrado de la distancia: La fuerza disminuye rápidamente con el aumento de la distancia entre las cargas. Si la distancia entre las cargas se duplica, la fuerza se reduce a la cuarta parte.
- Atracción o repulsión:
- Si q₁ y q₂ son de signos opuestos (una carga positiva y otra negativa), la fuerza será de atracción.
- Si ambas cargas tienen el mismo signo (ambas positivas o ambas negativas), la fuerza será de repulsión.
Ejemplos de la Ley de Coulomb:
Cargas en reposo: La Ley de Coulomb solo aplica a cargas en reposo (o muy lentas) y no considera efectos de movimiento, como el campo magnético que aparece cuando las cargas están en movimiento.
Interacción entre electrones y protones: Los electrones y protones, que tienen cargas opuestas, se atraen entre sí debido a la fuerza electrostática. Esto es lo que mantiene a los electrones orbitando alrededor del núcleo en los átomos.
Fuerzas entre dos esferas cargadas: Si se colocan dos esferas cargadas con una carga positiva cerca una de la otra, experimentarán una fuerza de repulsión. Si se acercan una con carga positiva y otra con carga negativa, sentirán una fuerza de atracción.
Relación con el campo eléctrico:
La Ley de Coulomb es fundamental para definir el campo eléctrico creado por una carga puntual. El campo eléctrico (E) en cualquier punto del espacio debido a una carga puntual se define como la fuerza que experimentaría una carga de prueba positiva de 1 coulomb colocada en ese punto.
Donde q es la carga que genera el campo y r es la distancia desde la carga.
Importancia:
La Ley de Coulomb es clave para comprender los fenómenos eléctricos en la naturaleza y tiene aplicaciones en diversos campos como la ingeniería eléctrica, la electrónica, la física de partículas, y la química (por ejemplo, en las interacciones entre átomos y moléculas). Es el fundamento de la electrostática, que estudia las fuerzas entre cargas en reposo.
Resumen:
La Ley de Coulomb describe la fuerza electrostática entre dos cargas puntuales, que es directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellas. Esta fuerza puede ser de atracción o repulsión, dependiendo de los signos de las cargas, y es esencial para la comprensión de las interacciones eléctricas en el universo.
Enlaces externos para explorar
- Biografías y Vida de Charles Coulomb
- Simulaciones: PhET
- Conceptos de Física: Hyperphysics
- Tutorial de Física en Inglés: Physics Classroom
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