Propiedades de la carga eléctrica, fuerzas electrostáticas y gravitatorias: diferencias y analogías

Propiedades de la carga eléctrica

1. Las cargas iguales se repelen y las opuestas se atraen. La interpretación actual de los cuerpos materiales es que, en su estado normal o neutro, contienen igual cantidad de electricidad positiva y negativa.

2. Los cuerpos están formados por protones (carga positiva), electrones (carga negativa) y neutrones, partículas sin carga.

3. La carga eléctrica constituye una propiedad fundamental de la materia. Se manifiesta a través de fuerzas denominadas electrostáticas.

Ley de Coulomb

Dos partículas q₁ y q₂ se atraen o se repelen con una fuerza que es directamente proporcional al producto de sus cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.

Analogías entre las fuerzas gravitatorias y electrostáticas

1. Su expresión matemática es análoga.

2. Describen fuerzas que dependen de la magnitud física que interaccionan:

• Las masas en el caso de las fuerzas gravitatorias.
• Las cargas en el caso de las fuerzas electrostáticas.

3. Ambas fuerzas son inversamente proporcionales al cuadrado de la distancia que separa dichas magnitudes físicas.

4. Ambas fuerzas son centrales, conservativas y tienen expresión de energía potencial.

Diferencias entre las fuerzas gravitatorias y electrostáticas

1. Las fuerzas gravitatorias están asociadas a la masa, y las electrostáticas a la carga.

2. La fuerza gravitatoria es solo de atracción, mientras que la electrostática puede ser de atracción o de repulsión.

3. La constante gravitatoria G no depende del medio, y su valor es universal: G = 6.67 × 10^-11 N·m²/kg². La constante eléctrica k sí depende del medio donde se encuentra.

4. Las fuerzas gravitatorias son más débiles que las electrostáticas.

Conceptos de campo

Intensidad del campo eléctrico

Se define como la fuerza por unidad de carga que actúa en un punto.

Energía potencial en un punto

Se define como el trabajo necesario para llevar la carga q desde un punto A hasta el infinito.

Ley de gravitación universal

Indica que entre dos partículas materiales existe una fuerza de interacción que es proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.

Intensidad del campo gravitatorio

Es la fuerza por unidad de masa, calculada en dicho punto.

Principio de superposición

Cuando un cuerpo se encuentra sometido a la acción de varias fuerzas gravitatorias, el efecto total resultante es igual a la suma de los efectos individuales de cada fuerza.

Campos de fuerzas conservativos

Son aquellos en los que el trabajo depende solo de los puntos inicial y final, y no del camino seguido.

Teorema de la energía potencial

En un campo de fuerzas conservativas, el trabajo realizado por las fuerzas del campo es igual a la variación de la energía potencial cambiada de signo.

Teorema de la energía mecánica

En un campo de fuerzas conservativo, la suma de la energía cinética y la potencial para un cuerpo tiene siempre el mismo valor; es decir, la energía mecánica se conserva.

Potencial en un punto

En un campo gravitatorio es la energía potencial por unidad de masa en dicho punto.

Fuerza magnética sobre un elemento de corriente

La fuerza magnética o de Lorentz actúa cuando circula una intensidad de corriente (I) en el interior de un campo magnético. Sabemos que la fuerza magnética que actúa sobre una carga q que se mueve en el interior de un campo magnético B viene dada por: F = q (v × B)

Amperio

Es la unidad de intensidad de corriente que tiene un conductor rectilíneo cuando circula la carga de un culombio a través de su sección en un segundo.

Experiencia de Oersted

Fue el investigador que logró relacionar la electricidad y el magnetismo.

1. Una aguja magnética (brújula) se orienta siempre en la dirección N-S magnético (S y N geográficos).

2. Si se hace circular una intensidad de corriente I continua por un conductor rectilíneo, la brújula se desvía colocándose perpendicular al mismo.