La ley de Coulomb plantea que la fuerza de interacción entre 2 cargas eléctricas puntuales es proporcional a las magnitudes de estas cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellas.
Introducción a la Ley de Coulomb
Mucho antes del surgimiento de la ley de coulomb los científicos griegos antiguos; conocían el fenómeno de la atracción electrostática incluso antes de nuestra era. Sabías que si frotas una pieza ámbar por el pelo de un gato y vidrio con seda, entonces surgen fuerzas de atracción entre ellos. Además, con la ayuda de tales objetos se pueden hacer que otros objetos interactúen entre sí. Por ejemplo, si tocas un ámbar electrificado con una astilla de corcho; repelerá otras astillas de corcho que hayan sido tocadas por el ámbar, y serán atraídas por las migas tocado con vidrio.
Hoy sabemos que esta atracción y repulsión es una manifestación de electricidad estática.También observamos fenómenos electrostáticos en la vida cotidiana, cuando tenemos que despegar literalmente una de las prendas recién lavadas y secadas de la secadora.
La electrostática en el sentido moderno comienza con la comprensión de que tal comportamiento (atracción o repulsión), observado por los antiguos griegos; es una consecuencia de la existencia en la naturaleza de dos tipos de cargas eléctricas: positiva y negativa(ver imagen superior). Las cargas positivas se concentran en el núcleo atómico; donde los protones son sus portadores y los electrones, que son portadores de cargas negativas, se encuentran alrededor del núcleo ( ver átomo de Bohr).
Surgimiento de la Ley de Coulomb
La primera idea de que solo existen 2 tipos de cargas eléctricas en la naturaleza; y sólo ellas son responsables de todos los fenómenos electrostáticos que observamos descritos anteriormente; fue expresada por el estadista y científico estadounidense Benjamin Franklin (1706-1790). En términos modernos, su razonamiento se reducía al hecho de que si eliminas algunos de los electrones cargados negativamente de la sustancia; ésta permanecerá cargada positivamente, ya que en el estado normal es la carga negativa de los electrones la que compensa la carga positiva de los núcleos. Si se agregan electrones adicionales a la sustancia en su estado normal, adquirirá una carga negativa.
La existencia de la electricidad era conocida durante hace miles de años, el hombre comenzó a estudiarla científicamente solo en el siglo XVIII. Los científicos de esa época, que se ocuparon de este problema, aislaron la electricidad como una ciencia separada de la física y se llamaron a sí mismos electricistas. Charles Augustin de Coulomb fue uno de los principales pioneros de la electricidad. Habiendo estudiado cuidadosamente las fuerzas de interacción entre cuerpos que transportan diversas cargas electrostáticas, formuló la ley que ahora lleva su nombre. Básicamente, realizó sus experimentos de la siguiente manera: se transfirieron varias cargas electrostáticas a dos pequeñas bolas suspendidas en los hilos más finos, después de lo cual se acercaron las suspensiones con las bolas.
Fórmula de Coulomb
En el experimento realizado por Coulomb; las bolas comenzaron a atraerse entre sí (con polaridad opuesta cargas eléctricas) o repeler (en el caso de cargas unipolares). Como resultado, los filamentos se desviaron de la vertical en un ángulo suficientemente grande; en el que las fuerzas de atracción o repulsión electrostáticas fueron equilibradas por las fuerzas de la gravedad. Habiendo medido el ángulo de deflexión y conociendo la masa de las bolas y la longitud de las suspensiones; Coulomb calculó las fuerzas de interacción electrostática a diferentes distancias de las bolas entre sí y, basándose en estos datos, derivó una fórmula empírica siguiente:
F = kQq / D 2
En las cuales Q y q son los valores de las cargas electrostáticas, D es la distancia entre ellos y k es la constante de Coulomb determinada experimentalmente .
Notemos inmediatamente dos puntos interesantes en la ley de Coulomb. Primero, en su forma matemática, repite la ley de Newton de la gravitación universal; si reemplazamos las masas en este último con cargas, la constante de Newton con la constante de Coulomb. Y hay muchas razones para esta similitud. De acuerdo con la teoría cuántica moderna de campos; tanto los campos eléctricos como los gravitacionales surgen cuando los cuerpos físicos se intercambian entre sí partículas elementales; portadores de energía, fotones o gravitones, desprovistos de masa en reposo, respectivamente. Por lo tanto, a pesar de la aparente diferencia en la naturaleza de la gravedad y la electricidad, estas dos fuerzas tienen mucho en común.
Notas Relevantes
La segunda nota importante se refiere a la constante de Coulomb . Cuando el físico teórico escocés James Clark Maxwell derivó el sistema de ecuaciones de Maxwell; para una descripción general de los campos electromagnéticos, resultó que la constante de Coulomb está directamente relacionada con la velocidad de la luz c. Finalmente, Albert Einstein demostró que c juega el papel de una constante fundamental mundial en el marco de la teoría de la relatividad . Es posible rastrear cómo se desarrollaron gradualmente las teorías más abstractas y universales de la ciencia moderna; absorbiendo resultados obtenidos previamente, comenzando con conclusiones simples extraídas sobre la base de experimentos físicos.
