2.2 Fuerza entre cargas

Los cuerpos cargados se atraen o se repelen según sean las cargas de distinto o del mismo signo, respectivamente. A las fuerzas de atracción o de repulsión se les da el nombre de fuerzas eléctricas o electrostáticas.

En la simulación siguiente puedes colocar una carga positiva o negativa en la zona de trabajo,un par de cargas (una positiva y la otra negativa) o bien dos láminas de cargas de distinto signo. Al colocar una carga positiva más o menos cerca de cada sistema de cargas, verás dibujada la fuerza que actúa sobre ella, mayor cuanto más larga sea la flecha que representa la interacción.


El estudio de estas fuerzas fue realizado por Charles A. de Coulomb (1736-1806). Este físico francés, tras inventar un método (la balanza de torsión) de medida de fuerzas de pequeña magnitud, lo aplicó para medir la fuerza que ejerce una esfera fija cargada sobre otra móvil, también cargada. En 1785, como resultado de esa investigación, formuló la ley que describe las fuerzas de interacción entre dos cargas eléctricas.

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Ley de Coulomb

La fuerza atractiva o repulsiva entre dos cargas puntuales es directamente proporcional al producto de sus cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa:

 


  • F es la intensidad de la fuerza electrostática, se mide en newtons (N) en el S.I.
  • q1 y q2 corresponden a los valores de las cargas que interaccionan medidas en culombios (C) y tomadas con su signo positivo o negativo.
  • d es la distancia entre las cargas medida en metros (m).
  • K es la constante de proporcionalidad y depende del medio en que se encuentran dichas cargas. Si las cargas están en el vacío su valor es 9 109 N m2/C2.


La fuerza F puede ser negativa o positiva ya que las fuerzas pueden ser de atracción o de repulsión. Así, cargas con el mismo signo darán lugar a fuerzas (repulsivas) de signo positivo, mientras que cargas con signos diferentes experimentarán fuerzas (atractivas) de signo negativo.

Fíjate en la simulación siguiente. Cambia la magnitud de las dos cargas y la distancia que las separa, y observa cómo varía la fuerza de interacción entre ellas. Fíjate en que si la distancia es la misma, da igual la posición de una carga respecto de la otra (hay simetría esférica).


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Dos cargas puntuales de +2 µC cada una, se encuentran separadas una distancia de 3 cm en el vacío. ¿Cuál es el valor de la fuerza que se ejercen entre ellas? ¿Cuánto valdría la fuerza si las cargas fueran de -2 µC? ¿Y si las cargas fueran una de +2 µC y la otra de -2 µC? Representa gráficamente las tres situaciones.

Icono de iDevice Ejemplo o ejercicio resuelto
Dispones de dos cargas eléctricas, una de -3 nC y la otra de +2 nC. Si se encuentran a una distancia de 1 mm en el vacío, ¿cuál es la fuerza entre ambas? ¿Es de atracción o de repulsión?

Icono de iDevice AV - Reflexión
Fíjate en el simulador siguiente. Coloca en la zona de trabajo sucesivamente las cuatro distribuciones de cargas posibles, y después todas las partículas móviles que puedes seleccionar.

a) Justifica lo que observes en cada caso.

b) ¿Qué cargas tienen el protón, el neutrón y el electrón?

c) ¿Y los átomos?

d) ¿Los iones tienen carga?