Ley de Coulomb

La ley de Coulomb o ley de la electrostática es la relación que existe entre las interacciones de las cargas eléctricas, es decir, explica la fuerza que experimentan dos cargas eléctricas en reposo, esta relación fue establecida por el físico francés Charles-Augustin de Coulomb.

Antecedentes pevios

Fue descubierta por Priestley en 1766, y redescubierta por Cavendish pocos años después, pero fue Coulomb en 1785 quien la sometió a ensayos experimentales directos.

Entendemos por carga puntual una carga eléctrica localizada en un punto geométrico del espacio. Evidentemente, una carga puntual no existe, es una idealización, pero constituye una buena aproximación cuando estamos estudiando la interaccion entre cuerpos cargados electricamente cuyas dimensiones son muy pequeñas en comparación con la distancia que existen entre ellos.

Ley de Coulomb

La Ley de Coulomb, que establece cómo es la fuerza entre dos cargas eléctricas puntuales, constituye el punto de partida de la Electrostática como ciencia cuantitativa.

La Ley de Coulomb dice que "la fuerza electrostática entre dos cargas puntuales es proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa, y tiene la dirección de la línea que las une. La fuerza es de repulsión si las cargas son de igual signo, y de atracción si son de signo contrario".

Es importante hacer notar en relación a la ley de Coulomb los siguientes puntos:

  • a) cuando hablamos de la fuerza entre cargas eléctricas estamos siempre suponiendo que éstas se encuentran en reposo (de ahí la denominación de Electrostática); la fuerza eléctrica es una cantidad vectorial, posee magnitud, dirección  y sentido.
  • b) las fuerzas electrostáticas cumplen la tercera ley de Newton (ley de acción y reacción); es decir, las fuerzas que dos cargas eléctricas puntuales ejercen entre sí son iguales en módulo y dirección, pero de sentido contrario:

Enunciado de la ley

La ley de Coulomb es válida solo en condiciones estacionarias, es decir:
Cuando no hay movimiento de las cargas o, como aproximación cuando el movimiento se realiza a velocidades bajas y en trayectorias rectilíneas uniformes. Es por ello que es llamada fuerza electrostáticaEn términos matemáticos, la magnitud de la fuerza que cada una de las dos cargas puntuales  ejerce sobre la otra separadas por una distancia r se expresa como:

Constante de Coulomb

La constante de Coulomb es una constante de proporcionalidad en las ecuaciones que relacionan variables eléctricas, y en el vacío es exactamente igual a 

Repulsión entre carga del mismo signo Repulsión entre carga del mismo signo
Obsérvese que esto satisface la tercera de la ley de Newton debido a que implica que fuerzas de igual magnitud actúan sobre q1 y q2. La ley de Coulomb es una ecuación vectorial e incluye el hecho de que la fuerza actúa a lo largo de la línea de unión entre las cargas.


Verificación experimental de la ley de Coulomb Verificación experimental de la ley de Coulomb
Es posible verificar la ley de Coulomb mediante un experimento sencillo. Considérense dos pequeñas esferas de masa «m» cargadas con cargas iguales, del mismo signo, y que cuelgan de dos hilos de longitud «l», tal como se indica en la figura adjunta. Sobre cada esfera actúan tres fuerzas con un apoyo: el peso mg, la tensión de la cuerda«T» y la fuerza de repulsión eléctrica entre las bolitas «F1»


Balanza eléctrica de Coulomb Balanza eléctrica de Coulomb
El aparato se compone de una base de madera sobre la que se apoya una caja cilíndrica de cristal con una cinta graduada a su alrededor colocada a media altura y cerrada en su parte superior por una cubierta que está atravesada en su centro por un cilindro hueco de cristal que se prolonga hasta el interior de la caja. Este cilindro se cierra en su extremo superior por el micrómetro del aparato: dos tambores metálicos, uno graduado en su borde, con giro suave del uno sobre el otro. Sujeto a este elemento se encuentra un hilo muy fino de plata que pende por el interior de este cilindro hueco y se prolonga hasta el interior de la caja de cristal; en este otro extremo el hilo de plata sostiene una aguja o varilla horizontal de goma laca. Por un orificio en la cubierta se introduce una bolita aislada, con un mango de vidrio, que podrá ser electrizada convenientemente desde el exterior.