D.2 · CAMPOS ELÉCTRICOS Y MAGNÉTICOS

Pesa una fuerza invisible con un hilo.

Reproduce la balanza de torsión: observa el giro, mide la fuerza sin conocer su ley y usa los datos para descubrir cómo depende de las cargas y de la distancia.

Dibujo en blanco y negro de una balanza de torsión de Coulomb: una varilla horizontal cuelga de un hilo dentro de una urna de vidrio, con una esfera cargada móvil frente a otra esfera fija

ANTES DE SIMULAR · EL APARATO REAL

¿Cómo se pesa una fuerza que no se ve?

A finales del siglo XVIII se sabía que los cuerpos electrizados podían atraerse o repelerse. El problema era medir una fuerza tan pequeña. Charles-Augustin de Coulomb convirtió el giro de un hilo muy fino en una balanza para fuerzas eléctricas.

Lo que se quiere lograrObtener el valor de la fuerza entre dos pequeñas esferas cargadas y descubrir qué cambia al variar sus cargas o la distancia entre ellas.
1
Una esfera fija se acerca a otra móvil.La interacción eléctrica empuja o atrae la esfera unida a la varilla.
2
La varilla gira y retuerce el hilo.Cuanto mayor es la fuerza, mayor es el ángulo de torsión.
3
El hilo termina deteniendo el giro.En equilibrio, su torque recuperador iguala al torque eléctrico: el ángulo se convierte en una medida de fuerza.
1784 · EL PRINCIPIO

Un hilo como instrumento de medida

Coulomb estudió cómo reaccionan los hilos metálicos al retorcerse: dentro del régimen elástico, el torque recuperador es proporcional al ángulo.

1785 · COULOMB

La electricidad se vuelve cuantitativa

Con su balanza eléctrica midió la repulsión entre pequeñas esferas cargadas y obtuvo la dependencia inversa con el cuadrado de la distancia. La electricidad dejó de ser solo «atrae o repele»: pasó a expresarse con una ley medible.

1798 · MICHELL Y CAVENDISH

El mismo principio, otra fuerza

John Michell diseñó un aparato de torsión para la gravitación y Henry Cavendish lo utilizó después para determinar la densidad de la Tierra. No es el experimento eléctrico de Coulomb, aunque comparte la misma idea de medir fuerzas minúsculas mediante un giro.

Fuentes históricas: memorias de Coulomb en la Académie des sciences · American Physical Society · manuscrito de Cavendish en la Royal Society

EXPERIMENTO

Deja que los torques se equilibren.

Vista superior. La esfera móvil hace girar la varilla hasta que el hilo torsionado compensa el efecto eléctrico.

BALANZA DE TORSIÓN · VISTA SUPERIOR

Laboratorio de Coulomb

Preparada para soltar
1Soltar · observa el giro
2Equilibrar · mide la fuerza
3Registrar · construye la ley
Arrastra la carga fija sobre la regla o usa los controles. El arco amarillo muestra cuánto se retuerce el hilo.
Ángulo de torsión θ0,00°
Separación real r16,0 cm
Fuerza medida—
Torques |τₑ| / |τₜ|—
Antes de soltar: predice hacia dónde girará la varilla y qué ocurrirá si duplicas una de las cargas.

DE LOS DATOS A LA LEY

Descubre una dependencia cada vez.

Cambia una sola magnitud, registra el nuevo equilibrio y deja que la gráfica revele el patrón.

PASO 1 · EL INSTRUMENTO

El ángulo se convierte en fuerza.

La carga hace girar la varilla; el hilo se opone. Cuando los dos torques tienen el mismo módulo, el ángulo observado permite calcular la fuerza sin suponer todavía cómo depende de las cargas o de la distancia.

Fe = κθ / (L sin φ)Medida indirecta a partir del equilibrio de torques.
Prueba: pulsa «Soltar» y observa varias oscilaciones. Después usa «Equilibrar» para leer la fuerza.
Fe = k |q₁q₂| / r²

La pendiente de tus gráficas fija la constante de proporcionalidad. En el vacío, k ≈ 8,99 × 10⁹ N·m²·C⁻².

q₁q₂ > 0La fuerza es repulsiva.
q₁q₂ < 0La fuerza es atractiva.

Lectura del instrumento

Empieza por llevar la balanza al equilibrio.

En los pasos 2 y 3, registra al menos tres medidas para revelar la relación.
Lectura actualEquilibra la balanza

LECTURA FÍSICA

Lo que demuestra el experimento.

01 · EQUILIBRIO

La torsión funciona como una balanza

El hilo aporta un torque proporcional al ángulo. Igualarlo al torque eléctrico permite traducir un giro pequeño en una fuerza muy débil.

02 · CONTROL

Una variable cada vez

Mantener r y una carga constantes aísla el efecto de la otra. Mantener ambas cargas constantes permite estudiar solo la distancia.

03 · MODELO

La recta decide la expresión

F es lineal con |q₁q₂| y también con 1/r². Al combinar ambos resultados aparece la ley de Coulomb.

Modelo idealizado: cargas puntuales, hilo lineal y ausencia de rozamiento salvo una pequeña amortiguación visual. Recurso educativo independiente; no está avalado por la Organización del Bachillerato Internacional.