Tema 9: Ley de Coulomb
La página no contiene ejercicios numerados; presenta la apertura del tema, el criterio de evaluación, los objetivos y dos preguntas de saberes previos que se resuelven a continuación.
¿Qué sucede cuando frotas un globo en tu cabello y luego lo acercas a una pared?
- Al frotar el globo contra el cabello se produce una transferencia de electrones (electrificación por fricción): parte del cabello cede electrones al globo.
- El globo queda con carga negativa (exceso de electrones) y el cabello con carga positiva (déficit de electrones).
- Al acercar el globo a la pared (que está eléctricamente neutra), el exceso de electrones del globo repela los electrones libres de la superficie de la pared hacia zonas más alejadas.
- En la cara cercana de la pared queda una carga positiva (déficit de electrones), es decir, la pared queda polarizada por inducción.
- Como esa carga positiva está más cerca del globo negativo que la carga negativa resultante, la fuerza de atracción es mayor que la de repulsión, y el globo se pega a la pared.
El globo, cargado negativamente por fricción, polariza la pared cercana (inducción electrostática): los electrones de la pared son empujados lejos, quedando cargas positivas cerca del globo. La atracción entre el globo y esa zona positiva es mayor que la repulsión, así que el globo se adhiere a la pared.
¿Cómo explicarías a alguien la idea de que cargas opuestas se atraen y cargas iguales se repelen?
- Toda carga eléctrica genera a su alrededor un campo eléctrico dirigido hacia afuera si es positiva y hacia adentro si es negativa.
- Una segunda carga q_2 situada a distancia r experimenta una fuerza \vec{F}=q_2\vec{E}, es decir, la fuerza sigue la dirección del campo que la induce.
- Si q_1 y q_2 tienen el mismo signo, el campo de q_1 apunta hacia q_2 y q_2 responde en sentido contrario: \vec{F} se dirige hacia afuera → repulsión. En la figura superior de la página, dos cargas +q_1 presentan fuerzas F_1 y F_2 dirigidas en sentidos opuestos y alejándose.
- Si q_1 y q_2 tienen signo opuesto, el campo de q_1 (positivo) apunta hacia q_2 (negativo) y este responde hacia q_1: \vec{F} apunta hacia la otra carga → atracción. En la figura inferior, +q_1 y -q_2 se acercan (F_1 a la derecha, F_2 a la izquierda).
- El signo de la fuerza está codificado en el producto de las cargas: para la magnitud se usa el valor absoluto, |F|=k_e\dfrac{|q_1q_2|}{r^2}, y el signo indica atracción (-) o repulsión (+).
Contenido teórico de la página (síntesis)
- Ecuación de la ley de Coulomb para la magnitud de la fuerza entre dos cargas puntuales:
\left|\boldsymbol{F}_{1}\right|=\left|\boldsymbol{F}_{2}\right|=k_{\mathrm{e}}\frac{\left|q_{1}\times q_{2}\right|}{r^{2}}
donde k_{\mathrm{e}}\approx 8,99\times10^{9}\ \mathrm{N\cdot m^{2}\cdot C^{-2}} es la constante de Coulomb, q_1 y q_2 son las magnitudes de las cargas (en coulombs, C) y r la distancia entre sus centros (en metros).
Tercera ley de Newton: \left|\boldsymbol{F}_{1}\right|=\left|\boldsymbol{F}_{2}\right|. La fuerza que ejerce q_1 sobre q_2 es igual y opuesta a la que ejerce q_2 sobre q_1 (acción y reacción), por eso ambas magnitudes son idénticas.
Naturaleza de la fuerza: la ley de Coulomb es una ley de acción a distancia, inversamente proporcional al cuadrado de la distancia (decaimiento 1/r^2), y proporcional al producto de las cargas. Dada su analogía con la ley de gravitación universal F=G\dfrac{m_1m_2}{r^2}, ambos campos son de tipo conservativo.
Criterio de evaluación CE.CN.F.5.10: el estudiante debe resolver problemas de aplicación de la ley de Coulomb usando el principio de superposición (la fuerza neta es el vector suma de las fuerzas individuales), y argumentar los efectos de las líneas de campo alrededor de una carga puntual, la diferencia de potencial eléctrico, la corriente eléctrica y las transformaciones de energía en un circuito alimentado por una batería.
Objetivo OG.CN.1: desarrollar habilidades de pensamiento científico con flexibilidad intelectual, espíritu indagador y pensamiento crítico, valorando la naturaleza como resultado de las interacciones entre los seres vivos y el ambiente físico.
Toda carga crea a su alrededor un campo eléctrico y cualquier carga q_2 dentro de ese campo siente una fuerza \vec{F}=q_2\vec{E}. Si ambas cargas son iguales (mismo signo), el campo de la primera empuja a la segunda en sentido contrario: se repelen; si son opuestas, la segunda es atraída hacia la primera, porque responde en la dirección del campo que la genera. Por eso, en la ley de Coulomb se usa el valor absoluto para calcular la magnitud: |F|=k_e\dfrac{|q_1q_2|}{r^2}.










