LA LEY DE LA FUERZA ELECTRICA
Charles Agustín Coulomb
Físico francés que nació en Angoulême,
Charente, en el año de 1736 un 14 de junio; murió en París el 23 de agosto de 1806.
Coulomb fue en su juventud ingeniero militar y
sirvió por un tiempo en las Indias Orientales. Durante la revolución Francesa
trabajó en Blois.
En 1777 inventó la balanza de torsión
descubriendo con ella la ley que actualmente lleva su nombre. Se presenta a
continuación.
En una Memoria presentada a la Academia en 1784, he determinado
mediante experimentos las leyes de la fuerza de torsión de un alambre metálico, y he
encontrado que esa fuerza es igual al producto del ángulo de torsión de la cuarta
potencia del diámetro del alambre suspendido y de la inversa de su longitud, todo
multiplicado por un coeficiente constante, que depende de la naturaleza del metal y
que es fácil de determinar por la experiencia.
He demostrado en la misma Memoria que, mediante el uso de esa fuerza
de torsión, es posible medir con precisión fuerzas muy pequeñas, como, por ejemplo
un diezmilésimo de un grano (un grano equivale a 0.06 gr.). En la misma Memoria di
una aplicación de esta teoría, al tratar de medir la fuerza constante atribuida a la
adhesión, en la fórmula que expresa la fricción de la superficie de un cuerpo
sólido en movimiento dentro de un fluido.
Someto hoy a la Academia una balanza eléctrica construida sobre ese
mismo principio; mide exactamente el estado y la fuerza eléctrica en un cuerpo, por
más débilmente cargado que éste se halle.
CONSTRUCCION DE LA BALANZA
A pesar de que he aprendido con la experiencia que, para llevar a
cabo varios experimentos eléctricos de manera conveniente, debería corregir algunos
defectos en la primera balanza de esta clase que he hecho, ésta es la única de la
que me he servido. La describiré haciendo notar que su forma y tamaño pueden variar
de acuerdo con la naturaleza de los experimentos que uno quiera emprender.
FIGURA 1
Sobre un cilindro de vidrio A B C D (figura 1) de 12 pulgadas de
diámetro, que cubre por completo el vaso mencionado en primer lugar. Este disco está
perforado ostentando dos agujeros de 20 líneas de diámetro; uno de ellos en el
medio, en f, sobre el cual está colocado un tubo de vidrio de 24
pulgadas de alto, que está conectado con el orificio f mediante el
cemento ordinariamente usado en aparatos eléctricos. En el extremo superior del tubo h
está colocado un micrómetro de torsión que se ve en detalle en la figura 2.
FIGURA 2
La parte superior No. 1 lleva la cabeza b, el índice io
y la grapa q. Esta pieza se ajusta en el orificio G de la pieza No. 2
esta última formada por un círculo ab dividido en su borde en 360
grados, y por un tubo de cobre Þ que ajusta en el tubo H, No. 3, conectado al
extremo superior del tubo de vidrio, o columna fh de la figura 1. La
grapa q tiene la misma forma que el extremo de un compás donde va la
tiza. En este cañuto, cerrado con el anillo q, se fija el extremo de un
hilo muy delgado de plata; el otro extremo de éste está sujeto en P, en una grapa
formada por un cilindro Po, hecho de cobre o de hierro, cuyo diámetro
no es mayor de una línea, y cuya parte superior está hendida formando una grapa que
se cierra por medio de la pieza deslizable Þ. Este pequeño cilindro está alargado
en C, atravesado por un orificio en el que puede ser insertada la aguja ag.
El peso de este pequeño cilindro debe de ser lo suficientemente elevado como para
mantener tenso el alambre de plata, sin romperlo. La aguja que se muestra en la figura
1, en ag, suspendida horizontalmente cerca del punto medio del vaso
grande que la contiene, está formada por un hilo de seda empapado en cera de España
y que termina, desde q hasta a en 18 líneas de
extensión, por una barra cilíndrica de goma laca. En el extremo a de
esta aguja se ha colocado una pequeña, bola de médula de saúco de dos o tres
líneas de diámetro. En g hay una pequeña pieza vertical de papel
empapado en aguarrás, que sirve como contrapeso para la esferita a y
que amortigua las oscilaciones.
Hemos dicho que la cubierta A C estaba perforada por un segundo
orificio en m. En él se halla introducido un pequeño cilindro m Þ
t cuya parte inferior Þ t está hecha de goma laca; en t
hay otra bola de médula de saúco; alrededor del vaso, a la altura de la
aguja, se ha descrito un círculo zQ dividido en 360 grados; para mayor
sencillez he usado una tira de papel dividida en 360 grados, que se pega alrededor del
vaso a la altura de la aguja.
FIGURA 3
Para poner este instrumento en uso, coloqué la
cubierta de tal manera que el orificio m prácticamente correspondiese a
la primera división del círculo zoQ trazado en el vaso. Coloqué el
índice oi del micrómetro; luego giré a éste en el tubo vertical fh
hasta que, mirando por el alambre suspendido y la esfera t,
encontráramos la primera división o del círculo zoQ. La
balanza está entonces en condiciones de ser usada para todas nuestras operaciones.
Como ejemplo, procederemos a dar el método que hemos usado para determinar la ley
fundamental, de acuerdo con la cual los cuerpos electrizados se repelen entre sí.
Ley fundamental de la electricidad
La fuerza de repulsión entre dos pequeñas esferas
cargadas con la misma clase de electricidad está en razón inversa de los cuadrados
de las distancias entre los centros de las esferas.
Experimento
Electrificamos un pequeño conductor (figura 4) que es
simplemente un alfiler de cabeza grande, que se ha aislado introduciendo su extremo en
la punta de una barrita de cera de España. Introducimos este alfiler
FIGURA 4
a través del agujero m y tocamos la
esferita t que está en contacto con a. Al tocarlas con el
alfiler, ambas se cargan de electricidad de la misma clase y se repelen
recíprocamente a una distancia que es medida mirando por el alambre suspendido, y el
centro de la esferita a, a la correspondiente división del círculo zoQ.
Luego, girando el índice del micrómetro en el sentido pno, torcemos el
alambre y ejercemos una fuerza proporcional al ángulo de torsión que tiende a
acercar la esferita a a la t. Comparando estas fuerzas de
torsión con las correspondientes distancias de las esferitas, hallamos la ley de
repulsión. Aquí presentaré las conclusiones obtenidas, que inmediatamente harán
evidente la ley de repulsión.
Primera: Habiendo
electrificado las dos esferitas por medio del alfiler, cuando el índice del
micrómetro marca cero, la esferita a se separa de la t en
36 grados.
Segunda: Al torcer el
alambre suspendido en 126 grados, como lo muestra el punto o del
micrómetro las dos esferitas se acercan, distanciándose sólo en 18 grados.
Tercera: Al torcer el
alambre de suspensión en 567 grados, ambas esferitas se acercan a una distancia de 8
grados y medio.
Explicación y resultado de este experimento
Antes de haber sido electrificadas, ambas esferitas se
tocan y el centro de la esferita a, suspendida por la aguja, no está
separado del punto donde la torsión del alambre suspendido es nulo, sino por una
distancia equivalente a la mitad del diámetro de las dos esferitas. Debe mencionarse
que el alambre de plata lp, que forma la suspensión, tiene un largo de
28 pulgadas y es tan delgado que un pie del mismo sólo pesaba 1/16 de grano. Calculé
la fuerza que era necesaria para torcer el alambre en el punto a, o sea, a
cuatro pulgadas del alambre lp o el centro de suspensión. En esta
ocasión, aplicando las fórmulas explicadas en la Memoria sobre las leyes de la
fuerza de torsión en los alambres metálicos publicada en el volumen de la Academia
de 1784, encontré qué, para torcer el alambre en 360 grados, la fuerza que debería
aplicarse en el punto a para que actuara en la palanca an de cuatro
pulgadas de longitud era de sólo 1/340 de grano. De manera que, desde que las fuerzas
de torsión, como está probado en esa Memoria, son proporcionales a los ángulos de
torsión, la fuerza más pequeña de repulsión las separaría sensiblemente una de
otra.
Encontramos en nuestro primer experimento, en el que el
índice del micrómetro está colocado en el cero, que las esferitas estaban separadas
en 36 grados, lo que producía una fuerza de torsión igual a 1/3.400 de grano; en la
segunda experiencia, la distancia era de 18 grados y la fuerza de repulsión era
equivalente a 144 grados, de manera que a la mitad de distancia corresponde una fuerza
cuadruplicada.
En la tercera experiencia, el alambre suspendido tuvo
una torsión de 567 grados y las dos esferitas sólo estaban separadas en 8 grados y
medio. La torsión total fue, consecuentemente, de 576 grados, cuatro veces la de la
segunda experiencia, y la distancia entre las dos esferitas en esta tercera prueba
tenía sólo una diferencia de medio grado, para valer la mitad de lo que se habían
distanciado en el segundo experimento. Resulta entonces de estas tres pruebas que la
acción repulsiva que cada una de las esferitas ejerce sobre la otra, cuando están
cargadas de electricidad del mismo nombre, está en razón inversa del cuadrado de la
distancia.
Fragmento de una Memoria presentada a la Académie
des Sciences (1788)
Trad. de D. Papp (Buenos Aires, 1945).
Datos Biográficos por M. en C. Arturo Noyola Isgleas.
Del libro Panorama histórico de la ciencia
moderna de P. Lain Entralgo y José Ma. López Piñero.