Un peine de plástico pasado por el cabello seco puede atraer pequeños trozos de papel. Un globo frotado contra un suéter puede adherirse a una pared. Dos tiras de cinta adhesiva al separarlas pueden atraerse o repelerse mutuamente. No se trata de materiales especiales realizando trucos extraordinarios; son objetos comunes cuyo estado eléctrico ha cambiado, y dicho cambio se manifiesta como una fuerza que actúa sin contacto físico.
El nombre de ese estado eléctrico es carga eléctrica. La carga no es un color ni una textura; es una propiedad de la materia que determina cómo esta participa en las interacciones eléctricas. Antes de abordar cualquier ecuación, es preciso señalar dos observaciones fundamentales: los objetos pueden atraerse o repelerse incluso sin tocarse, y existen dos tipos de carga, comúnmente denominados positiva y negativa. Las cargas del mismo tipo se repelen, mientras que las de distinto tipo se atraen.
Un mecanismo habitual en la electrostática cotidiana es la polarización. Un objeto neutro puede verse atraído debido a que las cargas en su interior pueden desplazarse ligeramente. Un lado adquiere una carga más negativa y el otro más positiva; así, la atracción que experimenta el lado más cercano puede ser más intensa que la repulsión que siente el lado más alejado. Aunque el objeto sigue siendo neutro en su conjunto, puede experimentar una fuerza de atracción.
Utilice la siguiente imagen para relacionar cada situación cotidiana con los conceptos de carga positiva y negativa, así como con la polarización en un objeto neutro cercano.
La repulsión es importante porque descarta una explicación basada simplemente en la adherencia. Si dos objetos pueden separarse empujándose mutuamente, está ocurriendo algo que implica una dirección. La fuerza puede apuntar en un sentido o en el opuesto, dependiendo de los tipos de carga involucrados.
La carga eléctrica mide con qué intensidad participa un objeto en la atracción y repulsión eléctricas. El símbolo de la carga es . La carga puede ser positiva o negativa. El signo no indica algo bueno o malo; es una etiqueta para dos tipos complementarios que interactúan de maneras opuestas.
La unidad de carga en el SI es el culombio, cuyo símbolo es . Una magnitud de carga mayor —es decir, un valor más alto de — produce efectos eléctricos más intensos, siempre que el resto de las condiciones permanezcan iguales. Un objeto neutro tiene una carga total de porque sus cargas positivas y negativas se equilibran.
La carga también se conserva. La conservación de la carga significa que la carga total de un sistema aislado no cambia. La carga puede desplazarse de un objeto a otro, pero no se crea de la nada ni desaparece en situaciones electrostáticas ordinarias. Cuando frotas un globo contra el cabello, el globo no genera carga; las cargas se transfieren. Un objeto adquiere carga negativa mientras que el otro queda con una cantidad igual de carga positiva, por lo que el total permanece invariable.
Una forma útil de expresar esto sin recurrir a las matemáticas es decir que el balance de cargas siempre cuadra. Si sumas las cargas de todos los objetos involucrados antes y después de una interacción, el resultado no varía, siempre y cuando no entre ni salga material cargado del sistema.
Una fuerza es una interacción capaz de modificar el movimiento de un objeto; es decir, puede acelerarlo, frenarlo o cambiar su dirección. El símbolo de la fuerza es . Su unidad en el SI es el newton, cuyo símbolo es . Podemos percibir las fuerzas como empujes o tracciones, pero en física una fuerza siempre posee tanto dirección como intensidad.
En electrostática, la fuerza entre objetos cargados puede ser de atracción o de repulsión. Esto significa que la dirección es importante, incluso en una línea recta. Imagina una línea y elige una dirección positiva a lo largo de ella. Una fuerza que apunte en esa dirección elegida será positiva, mientras que una fuerza que apunte en sentido contrario será negativa. El signo no indica si la fuerza es más débil o más fuerte; simplemente codifica la dirección en relación con la elección realizada.
La siguiente actividad interactiva te permitirá practicar el concepto de fuerza como una magnitud con dirección, utilizando una convención de signos sencilla sobre una línea.