LA leyenCulombio es una ley importante de la física que establece que la fuerza electrostática entre dos cargas eléctricas es proporcional al módulo de las cargas eléctricas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que el coordinados.
Ley de Coulomb y fuerza eléctrica
Charles Augustin en Culombio (1736-1806) fue un físico francés responsable de determinar la ley que describe la fuerza de interacción entre cargas eléctricas. Para este propósito, Charles Coulomb utilizó un equilibrio de torsión, similar a la escala que fue utilizada por Henry Cavendish para determinar la constante de gravedad universal.
O aparato experimental utilizado por Coulomb consistía en una varilla metálica capaz de girar, que al cargarse era repelida por una pequeña esfera metálica cargada con cargas eléctricas del mismo signo. La siguiente figura muestra un esquema del equilibrio de torsión utilizado por el físico:
Coulomb utilizó el equilibrio de torsión para determinar la ley de interacción entre cargas eléctricas.
Fórmula de la ley de Coulomb
Según su ley, la fuerza entre dos partículas cargadas eléctricamente es directamente proporcional a la magnitud de sus cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellas. A continuación, presentamos el fórmula matemática descrito por la ley de Coulomb:
F - fuerza electrostática (N)
k0 - constante de vacío dieléctrico (N.m² / C²)
Q - carga eléctrica (C)
qué - prueba de carga eléctrica (C)
D - distancia entre cargas (m)
En la fórmula anterior, k0 es una constante de proporcionalidad llamada constante de vacío electrostática, su módulo es aproximadamente 9,0.109 N.m² / C².Además, sabemos que muchos señaligualrepeler mientras un montón de señaleslos opuestos se atraen, como se muestra en la figura siguiente:
Las cargas de signo igual se repelen y las cargas de signos opuestos se atraen.
vea también: ¿Qué es la electricidad?
Cabe señalar que, aunque las cargas tengan diferentes módulos, la fuerza de atracción entre ellas es igual, ya que, según la Tercera ley de Newton - la ley de acción y reacción - la fuerza que ejercen las cargas entre sí es igual en módulo. Estos se encuentran en el mismodirección, sin embargo, en Sentidos opuestos.
Los cabellos de la mujer de la figura están cargados de carga del mismo signo y por tanto se repelen entre sí.
Una propiedad importante de la fuerza eléctrica es que es una Grandeza vectorial, es decir, se puede escribir mediante vectores. Los vectores son rectas orientadas ese presente módulo, dirección y sentido. Por lo tanto, en los casos en que dos o más vectores de fuerza eléctrica no sean paralelos u opuestos, es necesario que las reglas de suma vectorial, para calcular la fuerza eléctrica neta sobre un cuerpo o partícula.
vea también: ¿Qué es un campo eléctrico?
Gráfico de la ley de Coulomb
La ley de Coulomb establece que la fuerza eléctrica entre dos partículas cargadas es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellos. Por lo tanto, si dos cargas eléctricas están a una distancia D, y ven a encontrarnos a la mitad de esa distancia (d / 2), la fuerza eléctrica entre ellos debe incrementarse cuatro veces (4F):
Si reducimos la distancia entre dos cargas a la mitad, la fuerza eléctrica entre ellas aumenta cuatro veces.
Consulte una tabla que muestra la relación de la fuerza eléctrica entre dos cargas de módulo q, cuando están separadas por diferentes distancias:
módulo de energía eléctrica |
Distancia entre cargas |
F / 25 |
d / 5 |
F 16 |
d / 4 |
F / 9 |
d / 3 |
F / 4 |
d / 2 |
F |
D |
4F |
2d |
9F |
3d |
16F |
4d |
25F |
5d |
Poniendo la ley de Coulomb en forma de gráfico de fuerza versus distancia, tenemos la siguiente forma:
Ejemplos de la ley de Coulomb
1) Dos partículas cargadas eléctricamente, con cargas de 1.0 μC y 2.0 mC, se separan al vacío a una distancia de 0.5 m. Determine la magnitud de la fuerza eléctrica existente entre las cargas.
Resolución:
Usemos la ley de Coulomb para calcular la magnitud de la fuerza eléctrica que actúa sobre las cargas:
2) Dos partículas puntuales cargadas con cargas eléctricas idénticas y de módulo q están separadas a una distancia d. Luego, duplique (2q) el módulo de una de las cargas, triplique el módulo de la otra (3q) y cambie la distancia entre las cargas a un tercio de la distancia inicial entre ellas (d / 3). Determine la relación entre las fuerzas eléctricas iniciales y finales que existen entre las cargas.
Ejercicios resueltos sobre la ley de Coulomb
1) Dos partículas cargadas con cargas eléctricas idénticas q, sostenidas por cables inextensibles y masa insignificante, están en un equilibrio de fuerzas, como en la figura que se muestra a continuación:
Si m = 0.005 kg es la masa de cada una de las partículas, determine:
Datos:
gramo = 10 m / s²
k0 = 9.109 N.m² / C²
a) el módulo de la fuerza de repulsión eléctrica que actúa sobre las cargas;
b) el módulo de las cargas eléctricas de las partículas.
Resolución:
a) Para calcular el módulo de la fuerza eléctrica entre las partículas, es necesario notar la siguiente similitud entre ángulos, observe la figura:
Podemos decir que la tangente del ángulo θ de los dos triángulos (cuyos lados están formados por las distancias 4 y 3 y F y P) es igual, por lo que hacemos el siguiente cálculo:
b) Habiendo calculado el módulo de la fuerza eléctrica entre las cargas, es posible determinar su módulo, ya que las cargas son idénticas:
Por mí. Rafael Helerbrock