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Ley de Coulomb | Fórmula

La ley de Coulomb se refiere a la fuerza eléctrica que surge entre dos cargas colocadas a cierta distancia. Es una ley experimental a la que llegó el físico e ingeniero francés Charles Augustin de Coulomb alrededor de 1785. Representa una de las 4 fuerzas fundamentales que se pueden encontrar en la naturaleza. La ley de Coulomb establece que entre dos cargas eléctricas Q1 y Q2 situadas a una distancia d en el vacío existe una fuerza eléctrica, denominada fuerza de Coulomb , cuyo módulo es proporcional al producto de las dos cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia a que se colocan.

En Espacio Ciencia ya os hemos explicado algunos de los principios de la física que han cambiado el transcurso de la historia, veáse la Ley de la gravedad, pero lo cierto es que podemos ampliar este tema mucho más y hablaros ahora de la que es la ley de Coulomb y que guarda mucha relación con la mencionada de la gravitación universal. Veamos ahora qué es, cuál es su fórmula y como se aplica la Ley de Coulomb.

¿Quién es Coulomb?

coulomb

Charles Augustin de-Coulomb, nacido en 1736, es el físico e ingeniero francés que le da nombre a la fórmula matemática que describe la acción de las cargas eléctricas. A esta ley se le denomina Ley de Coulomb y también a la unidad de carga eléctrica le denominamos culombio.

Sus descubrimientos han sido de capital importancia en los estudios posteriores sobre los comportamientos sobre la electricidad. Su importancia es tal que es conmemorado en la Torre Eiffel e incluso existe un cráter en la luna que lleva su nombre.

Pero pasemos a ver cuál fue el más célebre de sus descubrimientos.

Qué es la ley de Coulomb

La interacción entre objetos cargados es una fuerza sin contacto que actúa sobre cierta distancia de separación. Carga, carga y distancia. Toda interacción eléctrica implica una fuerza que resalta la importancia de estas tres variables. Ya sea que se trate de un tubo de golf de plástico que atrae trozos de papel, dos globos con la misma carga que se repelen o una placa de poliestireno cargada que interactúa con los electrones en una pieza de aluminio, siempre hay dos cargas y una distancia entre ellas como las tres variables críticas que influyen en la fuerza. de la interacción. De este modo, podemos entender fácilmente qué es la ley de coloumb.

Pero para una definición más científica, podemos decir que la Ley de Coulomb es la ley que determina  las propiedades de fuerza electrostática que surgen de una o varias fuerzas eléctricas. Guarda una gran similitud con la Ley de Gravitación Universal.

 Fue  enunciada por Charles-Augustin de Coulomb en 1785, gracias a una balanza de torsión con la que realizaba los experimentos (midiendo así la fuerza de atracción o de repulsión que sufrían dos cargas eléctricas).

cargas atracción

Según lo enunciado por Coulomb podemos decir que: «La fuerza eléctrica ejercida entre dos cuerpos cargados eléctricamente, es directamente proporcional al producto de sus cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que están separados«.

Fórmulas de la Ley de Coulomb

La ecuación de la ley de Coulomb es la siguiente:

 fórmula de la ley de Coulomb

  • F = es el vector Fuerza que sufren las cargas eléctricas. Puede ser de atracción o de repulsión, dependiendo del signo que aparezca (función de que las cargas sean positivas o negativas).
  • q = son las cargas sometidas al experimento.
  • Epsilon = permitividad.
  • ud = vector director que une las cargas q1 y q2.
  • d = distancia entre las cargas.

Al cociente 1/4(pi)E se le llama Constante de Coulomb.

Esta ley sirve también para varias cargas (enésimas), siguiendo la siguiente ecuación:

fórmula de la Constante de Coulomb

que indicaría la fuerza originada por i cargas respecto a una, q.

  • Como podemos comprobar por simple comparación, es muy parecida a la ecuación de la Gravitación Universal, enunciada por Isaac Newton

formula de Gravitación Universal

Aplicación de la Ley de Coulomb:

globos eléctricos

Por si no te ha quedado muy claro, o necesitas que te demos algún ejemplo de la aplicación de la ley de Coulomb, quizás uno de los más sencillos sea el de las bolsas de politileno.

¿Nunca te has dado cuenta que si rompes un plástico politileno, de estas que suelen llevar los electrodomésticos para protegerlos,posiblemente algún trozo quedará pegado a tu ropa?.

Además cuesta bastante despegarlo o que de repente no vuelva a pegarse. Esto sucede ya que nosotros estamos «cargados» por la fricción de nuestra ropa, del aire, etc. esas cargas son opuestas a las del plástico y éste es atraído hacia nosotros y se nos pega.

Otro ejemplo es frotar una regla contra nuestra ropa, luego la pasamos por una hoja de papel y veremos como se levanta. O pon dos globos inflados, los frotas y también puedes ver la acción de la fuerza coulombiana.

principio de coulomb

Te ha pasado alguna vez que, después de conducir, bajas del coche y éste te da calambre? Eso sucede precisamente porque se cumplen los principios de Coulomb.

Las propiedades descubiertas por Coulomb son usadas en la actualidad en diversos sectores. Por ejemplo, en la impresión digital muchas empresas utilizan variantes de un proceso denominado xerografía, que consiste en el uso de fuerza electrostática para realizar impresiones.

Además, la fuerza electrostática y las propiedades de la Ley de Coulomb también son básicas para la construcción de circuitos electrónicos. Asimismo, también tiene mucha importancia dentro de diferentes ámbitos de la mecánica.

Forma vectorial de la Ley de Coulomb

Las cantidades físicas son de dos tipos, a saber, escalares (con la única magnitud) y vectores (aquellas cantidades con magnitud y dirección). La fuerza es una cantidad vectorial, ya que tiene magnitud y dirección. La ley de Coulomb se puede reescribir en forma de vectores. Pero eso sí, debemos de recordar que denotamos el vector «F» como F, el vector r como r y así sucesivamente.

Podemos decir entonces por ejemplo, que tenemos dos cargas q 1 y q 2 , con vectores de posición r 1 y r 2 respectivamente. Ahora bien, dado que ambas cargas son del mismo signo, habrá una fuerza repulsiva entre ellas. Sea F 12 la fuerza sobre la carga q 1 debida a q 2 y F 21 la fuerza sobre la carga q 2 debida a la carga q 1 . El vector correspondiente de q 1 a q 2 es el vector r 21 .

  • r 21 = r 2 – r 1

Para denotar la dirección de un vector desde el vector de posición r 1 hasta r 2 , y desde r 2 hasta r 1 como:

Ahora, la fuerza sobre la carga q 2 debido a q 1 , en forma vectorial es:

La ecuación anterior es la forma vectorial de la ley de Coulomb, que podemos aplicar en varios problemas de física.

Ley de Coulomb y la Ley de Gravitación Universal

electroestatica

La ley de Coulomb y la Ley de Gravitación, como habrás podido deducir desde la misma introducción del artículo, tienen varios puntos en común, pero también una serie de diferencias que las distinguen. Entre las similitudes están:

  • La fuerza que ambas ejercen es directamente proporcional al producto de sus masas o cargas.
  • Ambas fuerzas son inversamente proporcionales al cuadrado de la distancia de la separación.

Pero también tienen una serie de diferencias. La principal es que la fuerza eléctrica de Coulomb puede ser tanto de atracción como de repulsión. Por su parte, la fuerza gravitacional solo puede ser de atracción.

Otra de sus diferencias es que la fuerza eléctrica de Coulomb está en parte determinada por el medio que separa a ambas cargas.

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