Ley de Coulomb – Fuerza entre cargas eléctricas

¿Qué dice la Ley de Coulomb?

La ley de Coulomb establece el valor de una fuerza electrostática. Esta fuerza es proporcional a las cargas enfrentadas y es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que hay entre ellas. Esta ley fue establecida por el ingeniero, matemático y físico francés Charles Augustin de Coulomb (1736 – 1806).

Fórmula de la Ley de Coulomb

El valor de la fuerza electrostática viene dada por la fórmula:

donde:

• F = fuerza electrostática que actúa sobre cada carga Q1 y Q2.
• k = constante que depende del sistema de unidades y del medio en el cual se encuentran las cargas.
• r = distancia entre cargas.

En el vacío y utilizando el sistema de unidades MKS, la constante k se representa como:

donde:

entonces el valor de “k” en el vacío es:

Observando la fórmula, con este valor de k las cargas se expresan en coulombios (coulombs), la distancia (r) en metros, para obtener una resultante de fuerza en Newtons.

Fuerza de atracción o repulsión entre cargas dependiendo de su signo

• Si las cargas son de signo opuesto (+ y –   ó   – y +), la fuerza “F” será negativa lo que indica atracción
• Si las cargas son del mismo signo (- y –   ó   + y +), la fuerza “F” será positiva lo que indica repulsión.

Ejemplos de la utilización de la Ley de Coulomb

Ejemplo 1: Dos cargas, Q1 = 1.25 x 10^-9 coulombios y Q2 = -2 x 10^-5 coulombios, están separadas por 1 centímetro (1 x 10^-2 metros) en el vacío. Cuál es la fuerza que existe entre ellas?

Con el valor de k = 9 x 10⁹ y con la fórmula: F= k Q₁Q₂ / r² , se obtiene:

F = [(9 x 10⁹) (1.25 x 10^-9) (-2 x 10^-5)] / (1 x 10^-2)² = -2,25 x 10^-4 Newtons

Observar que el signo del resultado es negativo. Esto significa que es una fuerza de atracción debido a que son cargas de diferente signo.

Ejemplo 2: Dos cargas, Q1 = 1 x 10^-6 coulombios y Q2 = 2.5 x 10^-6 coulombios, están separadas por 5 centímetros (5 x 10^-2 metros) en el vacío. Cuál es la fuerza que existe entre ellas?

Con el valor de k = 9 x 10⁹ anterior y con la fórmula: F= k Q₁Q₂ / r² , se obtiene:

F = [(9 x 10⁹) (1 x 10^-6) (2.5 x 10^-6)] / (5 x 10^-2)² = 9 Newtons

Observar que el signo del resultado es positivo. Esto significa que es una fuerza de repulsión debido a que son cargas del mismo signo.

Nota: Sistema de unidades MKS: (Metros, Kilogramos, Segundos).