Fuerza eléctrica: Definición y ecuación

¿Qué es la fuerza eléctrica?

Fuerza es una palabra que se usa en el lenguaje cotidiano para significar muchas cosas diferentes, pero en física tiene un significado muy específico. En física, una fuerza es una interacción entre dos objetos que tiene la capacidad de cambiar el movimiento de uno o ambos objetos. Una de las fuerzas fundamentales del universo es la fuerza eléctrica . Ésta es la fuerza que existe entre todas las partículas cargadas. La fuerza eléctrica es responsable de fenómenos tan diversos como hacer que tu cabello se erice en un día frío y seco, crear enlaces químicos y permitir que veas cuando enciendes una lámpara en una noche oscura.

Fuerza eléctrica y tipos de cargas

Hay dos tipos de carga, positiva y negativa , e interactúan entre sí de manera predecible. Las cargas distintas ejercen fuerzas de atracción entre sí, mientras que las cargas iguales ejercen fuerzas repelentes entre sí. Esto significa que si dos objetos que están cargados positivamente se acercan entre sí, se repelerán o se alejarán entre sí. Si un objeto cargado positivamente se acerca a un objeto cargado negativamente, los dos objetos se atraerán e intentarán unirse.

Fuerza eléctrica y partículas cargadas

Entonces se ha dicho que la fuerza eléctrica ocurre entre todas las partículas cargadas. Estas partículas muy pequeñas se encuentran dentro de los átomos y se llaman protones y electrones . Cada protón tiene una carga positiva y cada electrón tiene una carga negativa. Los protones y los electrones son las partículas cargadas más pequeñas que existen. Todos los demás objetos, que están formados por átomos, se cargan debido a un desequilibrio en el número de protones y electrones dentro de esos átomos.

Los protones están muy apretados en el núcleo de cada átomo, por lo que no pueden moverse en absoluto. Por el contrario, los electrones están lejos del núcleo y pueden moverse libremente dentro del átomo. También es relativamente fácil que los electrones se muevan de un átomo a otro, creando un desequilibrio en el número de protones cargados positivamente y electrones cargados negativamente y provocando que el átomo se cargue. Cuando esto le sucede a muchos átomos en un objeto, todo el objeto se carga.

Con respecto a la fuerza eléctrica, este desequilibrio de protones y electrones es lo que hace que tu cabello se levante después de cepillarlo en un día frío y seco. Mientras se cepilla el cabello, los electrones de su cabello se transfieren al cepillo o peine. Esto significa que ahora cada mechón de cabello está cargado positivamente. Debido a que dos objetos, hebras de cabello en este ejemplo, con la misma carga se repelen entre sí, cada hebra de cabello se aleja de todas las demás, lo que hace que su cabello se erice. Es más probable que este fenómeno ocurra cuando el aire es muy frío y seco. Puede suceder incluso en un día caluroso y húmedo. Sin embargo, cuando hay mucha agua en el aire, tu cabello recoge cargas del aire más fácilmente y pierde su carga rápidamente.

También vemos esto en otras situaciones. Cuando un niño se desliza por un tobogán de plástico, cada mechón de su cabello se carga positivamente. Todos se repelen, haciendo que su cabello se erice. La transferencia de electrones se realiza al deslizamiento, al igual que el cepillo o el peine.

Calcular la fuerza eléctrica usando la ley de Coulomb

La fuerza de la fuerza eléctrica entre dos objetos cargados depende de la cantidad de carga que contiene cada objeto y de la distancia entre las dos cargas. A medida que la cantidad de carga aumenta, la fuerza aumenta y, a medida que aumenta la distancia entre las dos cargas, la fuerza se reduce. Esto se conoce como ley de Coulomb y se puede escribir como una ecuación matemática.

En esta ecuación, el símbolo q1 representa la cantidad de carga en el objeto 1, q2 representa la cantidad de carga en el objeto 2, r representa la distancia entre los dos objetos y k es una constante conocida como la constante electrostática. F sub12 simplemente significa, la fuerza del objeto 1 sobre el objeto 2, y F sub21 significa la fuerza del objeto 2 sobre el objeto 1. Los objetos ejercen fuerzas iguales entre sí, F sub12 = F sub21.

La ley de Coulomb le dirá cuánta fuerza eléctrica se ejerce sobre cada objeto, pero no le dirá en qué dirección está esa fuerza. Para saber esto, aún debe observar el tipo de carga de cada objeto. Si los dos objetos tienen cargas opuestas, una positiva y otra negativa, ejercerán fuerzas de atracción entre sí. Eso se muestra en la ecuación por las flechas que apuntan hacia cada objeto cuando uno es positivo y el otro es negativo. Si los objetos tienen la misma carga, tanto positiva como negativa, se alejarán entre sí. La ecuación también muestra esto por las flechas que apuntan en dirección opuesta.

Para comprender lo que le dice esta ecuación, piense en lo que sucedería si uno o ambos objetos se cargaran más. Eso significaría que q1 y / o q2 eran más grandes, por lo que la fuerza entre los dos objetos aumentaría. Además, piense en lo que sucedería si los dos objetos se alejaran más el uno del otro. Esto significaría que r se hizo más grande y, dado que se divide entre r , si r aumenta, la fuerza se reduce. En ciencia, decimos que esto significa que la fuerza eléctrica es directamente proporcional a la cantidad de carga ( q1 y q2 ) e inversamente proporcional a la distancia entre las cargas r. Ambas cosas influyen en la fuerza eléctrica entre dos objetos cargados.

Resumen de la lección

Se ejerce una fuerza eléctrica entre dos objetos cargados cualesquiera. Los objetos con la misma carga, tanto positiva como negativa, se repelerán entre sí, y los objetos con cargas opuestas, una positiva y otra negativa, se atraerán entre sí. La fuerza de la fuerza depende tanto de la cantidad de carga que contiene cada objeto como de la distancia entre las dos cargas. La ley de Coulomb es una ecuación matemática. Muestra que a medida que aumenta la cantidad de carga sobre los objetos, la fuerza entre ellos aumenta y, a medida que aumenta la distancia entre los objetos cargados, la fuerza entre ellos disminuye. Tanto la cantidad de carga como la distancia juegan un papel en la fuerza eléctrica entre dos objetos.

Términos y ejemplos clave relacionados con la fuerza eléctrica

Ejemplo de fuerza eléctrica

• Fuerza : interacción entre dos objetos
• Fuerza eléctrica : fuerza ejercida por dos objetos cargados
• Cargas positivas / negativas : dos cargas diferentes ejercerán una fuerza que se atrae entre sí, mientras que dos cargas similares ejercerán fuerzas repelentes entre sí
• Protones / Electrones : partículas positivas y negativas dentro de los átomos
• Ley de Coulomb : la cantidad de carga y la distancia entre la carga determina la cantidad de fuerza

Los resultados del aprendizaje

Como resultado de estudiar esta lección sobre fuerza eléctrica, podría demostrar su capacidad para:

• Proporcionar datos sobre la fuerza eléctrica.
• Analice la fuerza eléctrica en relación con las partículas cargadas y los tipos de cargas.
• Modele la ecuación matemática que es la ley de Coulomb

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Rodrigo Ricardo Editor y fundador