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Analogías y diferencias entre el campo de gravitación universal y el eléctrico

Suponiendo que has estudiado lo elemental del sistema de gravitación universal...

sistema solar

 

y analizas una representación del átomo, encuentras algunas analogías:

c

 

En el sistema solar el Sol es el centro. Existe atracción entre él y cada uno de los planetas que giran alrededor de él.

Todos los cuerpos por el hecho de tener masa se atraen con la F (fuerza) que nos indica la fórmula siguiente (Newton):

i

 

Recordarás por haberla estudiado con anterioridad, que la fuerza con la que dos objetos se atraen está en razón directa con el producto de sus masas e inversa con el cuadrado de sus distancias y por la constante gravitacional (G).

En el caso de un átomo el núcleo viene a ser el Sol y los electrones serían los planetas.

Los electrones tienen masa y carga eléctrica (negativa).

Giran cada uno en su órbita alrededor del núcleo.

La Fuerza con la que dos cargas eléctricas se atraen si sus cargas eléctricas son opuestas –cargas recogidas por el bolígrafo o un globo al frotarlo en un jersey de lana:

tyh

 

Los trocitos de papel son atraídos por tener signo contrario a los electrones o se repelen si sus cargas tienen el mismo signo, como dos globos después de frotarlos con lana:

,

 

Esto fue deducido por el físico francés Charles Coulomb en el siglo XVIII.

Coulomb dijo que la Fuerza con la que dos cargas eléctricas q1 y q2 situadas a una distancia r se atraen o repelen está en razón directa con el valor de las cargas y en razón inversa con el cuadrado de la distancia entre ambas:

iu

 

Hay que añadir que no es lo mismo que estas dos cargas eléctricas se hallen en un medio que sea aire, vidrio, agua, papel, etc., en cada caso hemos de tener en cuenta una constante que la representamos con K (más adelante nos ocuparemos de ella) lo que nos lleva a la fórmula:

u

 

Ves que la fórmula obtenida por Newton y la de Coulomb se parecen:

2

 

Comprobamos parecidos en las fórmulas pero también hay diferencias importantes que es conveniente que tengas en cuenta:

1ª) La fuerza F (Newton) siempre es atractiva (los cuerpos por el mero hecho de tener masa se atraen (es lo que por ahora podemos afirmar). La fuerza F (Coulomb) puede ser atractiva o repulsiva (si las cargas tienen signos opuestos se atraen, si las cargas tienen el mismo signo se repelen).

2ª) El valor de la constante G (gravitación universal) es siempre el mismo y en todo el universo. En cambio el valor de la constate K depende del medio donde se hallen las cargas q1 y q2 no es lo mismo que las cargas se encuentren en el aire, que en el agua o en aceite, etc.

3ª) En el caso de la Fuerza en la gravitación universal se refiere a masas, en el caso de la Fuerza en la Electrostática se refiere a cargas eléctricas.

4ª) Existe una diferencia muy grande entre los valores de K y G. Acabas de leer que el valor de K difiere según el medio donde se encuentran las cargas. El máximo valor de K es cuando las cargas se hallan en el vacío o en el aire (apenas existe diferencia) y corresponde a:

k

Más adelante ampliaremos el concepto de este valor.

 

El valor de G es aproximadamente:

k,

 

Es muy conveniente comprendieras bien lo que tienes a continuación con letra de color azul:

La Fuerza eléctrica con la que actúan las cargas se mide en culombios y se representa con una C (nos recuerda a Coulomb), sin embargo, se utiliza un submúltiplo, generalmente el microculombio que lo escribimos: μC (la m griega), se representa con la letra μ (mu) y equivale a una millonésima parte de 1 C (culombio), es decir, μC = 10-6C.

El valor de la carga más pequeña positiva que existe es el de un protón que equivale a 1,6.10-19C →0,00000000000000000016 C, y esta misma carga, pero negativa, es la que tiene un electrón.

 

El valor de K que varía según el medio donde se encuentren las cargas en el vacío equivale a: 9 . 109N . m2

No es fácil, al principio, asimilar estos conceptos que estás estudiando.

La resolución de unos problemas (siguiente lección) te ayudará a entenderlo mejor.

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