Existe una fuerza de interacción entre los cuerpos cargados, mediante la cual pueden atraerse o repelerse. La ley de Coulomb describe esta fuerza y muestra en qué medida actúa según el tamaño y la forma del propio cuerpo. Esta ley física será tratada en este artículo.
Contenido
- 1 Cargas puntuales estacionarias
- 2 Escalas de torsión de Charles Coulomb
- 3 El coeficiente de proporcionalidad k y la constante eléctrica
- 4 Dirección de la fuerza de Coulomb y formulación vectorial
- 5 Dónde se aplica la ley de Coulomb en la práctica
- 6 La dirección de la fuerza en la ley de Coulomb
- 7 Historia del descubrimiento
Cargas puntuales estacionarias
La ley de Coulomb se aplica a los cuerpos inmóviles cuyo tamaño es mucho menor que su distancia a otros objetos. Hay una carga eléctrica puntual en dichos cuerpos. Cuando se resuelven problemas físicos, se descuidan las dimensiones de los cuerpos en cuestión porque no tienen mucha importancia.
En la práctica, las cargas puntuales en reposo se representan de la siguiente manera:
En este caso q1 y q2 - son positivo cargas eléctricas y se ven afectadas por la fuerza de Coulomb (no se muestra en la figura). El tamaño de los objetos puntuales no importa.
¡Atención! Las cargas en reposo están situadas a una distancia determinada entre sí, que en los problemas se suele denotar con la letra r. Más adelante en el documento se examinarán estos cargos en vacío.
Escalas de torsión de Charles Coulomb
Este aparato, desarrollado por Coulomb en 1777, ayudó a derivar la dependencia de la fuerza que posteriormente recibió su nombre. Se utiliza para estudiar la interacción de las cargas puntuales y los polos magnéticos.
Las balanzas de torsión tienen un pequeño hilo de seda, colocado en un plano vertical, del que cuelga una palanca equilibrada. Hay cargas puntuales en los extremos de la palanca.
Bajo la acción de fuerzas externas, la palanca comienza a realizar movimientos horizontales. La palanca se moverá en el plano hasta que se equilibre con la fuerza elástica del hilo.
En el proceso de movimiento, la palanca se desvía del eje vertical en un ángulo determinado. Se toma como d y se denomina ángulo de giro. Conociendo el valor de este parámetro, se puede encontrar el par de las fuerzas que se producen.
Las escalas de torsión de Charles Coulomb tienen el siguiente aspecto:
El coeficiente de proporcionalidad k y la constante eléctrica 
La fórmula de la ley de Coulomb tiene parámetros k - el coeficiente de proporcionalidad o - constante eléctrica. La constante eléctrica ¡se presenta en muchos libros de referencia, libros de texto, internet y no es necesario calcularlo! El coeficiente de proporcionalidad en el vacío basado en se puede encontrar según la fórmula conocida:
Aquí 
- constante eléctrica,
- el número de pi,
- es el coeficiente de proporcionalidad en el vacío.
Información adicional Sin conocer los parámetros anteriores no es posible encontrar la fuerza de interacción entre dos cargas eléctricas puntuales.
Formulación y fórmula de la ley de Coulomb
Para resumir lo anterior, hay que dar una formulación formal de la ley principal de la electrostática. Esto toma la forma:
La fuerza de interacción de dos cargas puntuales en reposo en el vacío es directamente proporcional al producto de estas cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellas. Y el producto de las cargas debe tomarse como un módulo.
En esta fórmula q1 y q2 - son cargas puntuales, los cuerpos considerados; r2 - es la distancia en un plano entre estos cuerpos, tomada como un cuadrado; k es el factor de proporcionalidad (
para el vacío).
La dirección de la fuerza de Coulomb y la forma vectorial de la fórmula
Para entender bien la fórmula, la ley de Coulomb puede representarse visualmente:
F1,2 - es la fuerza de interacción de la primera carga con respecto a la segunda.
F2,1 - es la fuerza de interacción de la segunda carga con respecto a la primera.
También una regla importante a tener en cuenta al resolver problemas de electrostática es que las cargas similares se repelen y las cargas similares se atraen. Esto determina la posición de las fuerzas de interacción en la figura.
Si se consideran cargas opuestas, las fuerzas de interacción se dirigirán la una hacia la otra, representando su atracción.
La fórmula de la ley básica de la electrostática puede representarse en forma vectorial como sigue
- La fuerza que actúa sobre la carga puntual q1, en el lado de la carga q2,
- es el radio-vector que conecta la carga q2 con la carga q1,
¡Importante! Al escribir la fórmula en forma vectorial, las fuerzas que interactúan de dos cargas eléctricas puntuales tendrán que proyectarse sobre el eje para poner los signos correctamente. Esta acción es una formalidad y a menudo se hace mentalmente sin ninguna nota.
Dónde se aplica la ley de Coulomb en la práctica
La ley básica de la electrostática es el descubrimiento más importante de Charles Coulomb, que ha encontrado su aplicación en muchos campos.
El trabajo del famoso físico se utilizó en el proceso de invención de diversos dispositivos, instrumentos y aparatos. Por ejemplo, el pararrayos.
Los pararrayos se utilizan para proteger las casas y edificios de los rayos durante las tormentas. Esto aumenta el grado de protección de los equipos eléctricos.
Los pararrayos funcionan según el siguiente principio: en una tormenta eléctrica se acumulan gradualmente fuertes cargas de inducción en el suelo, que luego son transportadas hacia arriba y atraídas por las nubes. Esto genera un gran campo eléctrico en el suelo. Cerca del pararrayos, el campo eléctrico se hace más fuerte, por lo que se enciende una carga eléctrica de corona desde la punta del aparato.
La carga que se forma en el suelo es entonces atraída por la carga de la nube con el signo contrario, como debería ser según la ley de Coulomb. El aire sufre entonces un proceso de ionización y la intensidad del campo eléctrico se reduce cerca del extremo del pararrayos. Así, el riesgo de que un rayo caiga sobre el edificio es mínimo.
Tenga en cuenta. Si un edificio en el que se ha instalado un pararrayos recibe un impacto, no se producirá un incendio, sino que toda la energía escapará al suelo.
Basándose en la ley de Coulomb, se ha desarrollado un dispositivo llamado "Acelerador de partículas", muy demandado en la actualidad.
Este dispositivo crea un fuerte campo eléctrico que aumenta la energía de las partículas que entran en él.
La dirección de las fuerzas en la ley de Coulomb
Como ya se ha dicho, la dirección de las fuerzas de interacción de dos cargas eléctricas puntuales depende de su polaridad. Es decir, las cargas similares con la misma polaridad se repelen y las cargas con polaridad opuesta se atraen.
Las fuerzas de Coulomb también pueden llamarse radio vector porque se dirigen a lo largo de una línea trazada entre ellos.
En algunos problemas de física, se dan cuerpos de forma compleja que no pueden tomarse como una carga eléctrica puntual, es decir, se desprecian sus dimensiones. En tal situación, el cuerpo en cuestión debe dividirse en varias partes pequeñas y cada parte debe calcularse por separado, aplicando la ley de Coulomb.
Los vectores de fuerza que se obtienen al descomponerlos se suman según las reglas del álgebra y la geometría. El resultado es la fuerza resultante, que es la respuesta al problema. Este método de solución suele denominarse método del triángulo.
Historia del descubrimiento de la ley
La interacción de dos cargas puntuales por la ley comentada anteriormente fue demostrada por primera vez en 1785 por Charles Coulomb. El físico consiguió demostrar la veracidad de la ley formulada mediante el uso de escalas de torsión, cuyo principio también se presentó en el artículo.
Coulomb también demostró que no hay carga eléctrica dentro de un condensador esférico. Así llegó a la afirmación de que la magnitud de las fuerzas electrostáticas puede modificarse cambiando la distancia entre los cuerpos en cuestión.
Así pues, la ley de Coulomb sigue siendo la ley más importante de la electrostática, sobre cuya base se han hecho muchos grandes descubrimientos. En este artículo se ha presentado la formulación oficial de la ley y se han descrito detalladamente sus partes constitutivas.
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