Conceptos Fundamentales de Física: Interacciones Eléctricas y Gravitatorias

Ley de Coulomb e Intensidad de Campo Eléctrico

La Ley de Coulomb describe la fuerza que experimentan dos cargas puntuales, 'Q' y 'q', separadas una distancia 'r', simplemente por estar cargadas. Su expresión matemática es:

Fe = k (Q · q / r2)

Se dice que en un punto existe un campo eléctrico si, al colocar una carga eléctrica en él, dicha carga experimenta una fuerza eléctrica. La intensidad del campo eléctrico se define como la fuerza experimentada por unidad de carga:

E = Fe / q

La intensidad del campo eléctrico es un vector y se mide en Newtons por Coulomb (N/C). Otra expresión para la intensidad del campo eléctrico, desde el punto de vista de la carga que lo crea, es:

E = k (Q / r2)

La intensidad del campo eléctrico es una perturbación que se extiende por todo el espacio y que decrece con el cuadrado de la distancia.

Leyes de Kepler

Las Leyes de Kepler describen el movimiento de los planetas alrededor del Sol:

• 1ª Ley de las Órbitas

  Los planetas giran alrededor del Sol describiendo órbitas elípticas, con el Sol situado en uno de sus focos.

• 2ª Ley de las Áreas

  Las áreas barridas por el vector que une el Sol con un planeta son directamente proporcionales a los tiempos empleados en barrerlas; a tiempos iguales se barren áreas iguales. Esta ley refuta la creencia de que los planetas se mueven a velocidad constante.

• 3ª Ley de los Periodos

  Los cuadrados de los periodos orbitales de los planetas son directamente proporcionales a los cubos de los semiejes mayores de sus respectivas órbitas, es decir:

  T2 = C · r3

  donde 'T' es el periodo y 'r' es el semieje mayor.

  Para demostrar esta ley, supongamos un planeta que gira alrededor del Sol en órbita circular. Dado que el planeta no se desplaza radialmente, al igualar las fuerzas obtendríamos la siguiente expresión:

  Fg = Fc ⇒ G (M m / r2) = m (v2 / r)

Líneas de Fuerza y Superficies Equipotenciales en el Campo Gravitatorio

Campo Gravitatorio Creado por una Masa Puntual (o Esférica)

Las superficies equipotenciales son aquellas en las que todos sus puntos poseen el mismo potencial gravitatorio. Las líneas de fuerza son líneas cuyas tangentes indican la dirección del campo gravitatorio.

En el caso de dos masas, se produciría una superposición de campos. Ambos términos se pueden relacionar, obteniéndose las siguientes propiedades:

1. Las líneas de campo gravitatorio son, en cada punto, perpendiculares a las superficies equipotenciales y se dirigen hacia donde el potencial disminuye.
2. El trabajo para desplazar una masa entre dos puntos de una misma superficie equipotencial es nulo.
3. Dos superficies equipotenciales no se pueden cortar.