Además de la masa, la carga es otra de las propiedades fundamentales de la materia. De hecho, dos de las tres partículas fundamentales tienen carga: negativa los electrones y positiva los protones. Si un objeto es neutro, significa que tiene tantas cargas positivas (protones) como negativas (electrones); si tiene carga, es porque hay exceso de unas o de otras.

Como los protones se encuentran situados en el núcleo de los átomos y los electrones en la corteza electrónica, alrededor del núcleo, son estos últimos las partículas que pueden moverse entre los cuerpos: si un objeto es negativo, es porque ha ganado electrones, y si es positivo es porque los ha perdido.

Entre las partículas cargadas también se realizan fuerzas a distancia. El primer estudio cuantitativo de estas fuerzas lo realizó Coulomb en 1785, y tras numerosos experimentos obtuvo las siguientes conclusiones sobre la fuerza de interacción eléctrica entre dos cuerpos cargados:

1. Tiene la dirección de la recta que une los dos cuerpos.

2. Tiene sentido atractivo si las cargas son de signo distinto, y repulsivo si son del mismo signo.

3. Su intensidad es directamente proporcional al valor de las cargas de los cuerpos.

4. Su valor es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que separa los cuerpos cargados.

Precisamente en su honor, la unidad de carga eléctrica se llama culombio (C).

Puedes comprobar estos extremos con el siguiente simulador. La flecha indica la intensidad de la repulsión, mayor cuanto más cerca se encuentren las dos cargas, y su dirección y sentido hacia dónde se desplazaría la carga móvil si estuviese libre. Aunque el simulador no permite trabajar con cargas negativas, las conclusiones serían las mismas.

Importancia y validez de la ley de Coulomb

La ley de Coulomb es fundamental para explicar la estructura de la materia: la atracción entre el núcleo, positivo, y los electrones de la corteza, negativos; las fuerzas que unen los átomos para formar moléculas o estructuras iónicas y las propiedades de las sustancias formadas.

Pero tiene sus limitaciones, ya que solamente es válida para cargas puntuales o cuerpos esféricos que estén alejados entre sí; es decir, cuando el radio de los objetos es despreciable frente a la distancia que los separa.

Como has visto en el simulador, las fuerzas eléctricas son centrales, ya que los cuerpos que experimentan estas fuerzas se mueven en la dirección de la línea que une sus centros.

 
Interacciones eléctricas y gravitatorias

Estos dos tipos de interacciones fundamentales se parecen tanto por ser las dos fuerzas centrales como por su expresión formal, siendo inversamente proporcionales al cuadrado de la distancia entre los cuerpos que interaccionan.

Pero hay diferencias muy notables.

1. Las interacciones gravitatorias dependen del producto de las masas y las eléctricas del producto de las cargas que interaccionan.

2. Las interacciones gravitatorias son universales, mientras que las eléctricas se dan solamente si los cuerpos tienen carga neta (no nula).

3. Las fuerzas gravitatorias son siempre atractivas, mientras que las eléctricas también pueden ser repulsivas, dependiendo del signo de las cargas.

4. La constante gravitatoria G es universal, mientras que la eléctrica K depende del medio en el que están los cuerpos que interaccionan.

5. La constante eléctrica es del orden de 10²⁰ veces mayor que la gravitatoria. Esto significa que las fuerzas eléctricas son mucho más intensas que las gravitatorias.

6. Los cuerpos siempre ejercen interacciones gravitatorias por el hecho de tener masa, tanto en reposo como en movimiento. Pero las cargas en movimiento, además de fuerzas eléctricas también producen interacciones magnéticas.