2.1. Ley de Coulomb
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Charles A. Coulomb, utilizando una balanza de torsión en 1785, llegó a las siguientes conclusiones sobre la interacción electrostática:
1) La fuerza eléctrica entre dos partículas cargadas es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.
2) La fuerza eléctrica entre dos partículas cargadas es directamente proporcional al producto de las cargas.
3) La fuerza eléctrica entre dos partículas cargadas tiene la dirección de la recta que las une.
Estos resultados se resumen en la Ley de Coulomb.
Importante
Ley de Coulomb:
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La fuerza con que se atraen o repelen dos cargas en reposo es directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa, en la dirección de la recta que las une.
\[F_e=K\cdot \frac{q_1\cdot q_2}{d^2}\]
Si la fuerza se mide en N, la distancia en m y la carga en C, es decir, en unidades S.I., la constante K, constante de Coulomb, medida en el vacío, es K= 9·109N·m2·C-2
La carga es una magnitud escalar que puede tomar valores positivos o negativos. La fuerza es un vector que puede tomar valores positivos (repulsión) si las cargas son del mismo signo, o negativos (atracción) si son de signo contrario. Las fuerzas que actúan sobre q y q' son iguales en módulo y dirección y de sentido contrario (acción y reacción).
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Importante
La forma vectorial de la Ley de Coulomb:
Expresión análoga a la Ley de Gravitación Universal.
La fuerza será repulsiva si las cargas tienen mismo signo, y atractiva si son cargas de distinto signo.
En el caso de que haya un sistema de varias cargas, la fuerza neta que actúa sobre una de ellas es la resultante de las fuerzas (suma vectorial) que ejercen las otras sobre ella. Esta se conoce como principio de superposición.
Caso práctico
a) Dos cargas idénticas de 5 μC, están en el vacío, separadas una distancia de 0,25 m. ¿Cómo es la fuerza que actúa entre ellas? 1 μC (microculombio) = 10-6 C ; k (en el vacío) = 9.109N.m2.C-2
b) La fuerza con que se repelen dos cargas idénticas es de 0,9 N cuando están en el vacío separadas 10 cm. ¿Cuál es el valor de las cargas?
c) Una carga de 5 μC ejerce una fuerza de 9 N sobre otra carga de 2 μC, en el vacío. ¿Cuál es la distancia que las separa?