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24.1 Concepto de campo 479
Si en realidad deseamos comprender nuestro universo debemos desarrollar leyes para
predecir la magnitud y la dirección de las fuerzas que no se transmiten por contacto. Ya hemos
estudiado dos de esas leyes:
1. Ley de Newton de la gravitación universal:
2. Ley de Coulomb para fuerzas electrostáticas:
77? 1777-1
Fg = G ~ ^ (24.1)
Fe = k ^ (24.2)
r~
La ley de Newton predice la fuerza que existe entre dos masas separadas por una distancia
r; la ley de Coulomb se refiere a la fuerza electrostática, como se estudió en el capítulo 23.
Al aplicar ambas leyes conviene comprender ciertas propiedades del espacio que rodea las
masas o las cargas.
Nuestro corazón utiliza
un potencial eléctrico
para que lata el músculo
cardiaco, el cual
bombea la sangre por
todo el cuerpo. Este
potencial crea un campo
eléctrico, que puede ser
vigilado por medio de
un electrocardiograma
(ECG).
Concepto de campo
Tanto el campo eléctrico como la fuerza gravitacional son ejemplos de fuerzas de acción a dista
n c ia las cuales resultan extremadamente difíciles de visualizar. Para superar esta dificultad,
los físicos de la antigüedad postularon la existencia de un material invisible, al que llamaron
éter, que supuestamente llenaba todo el espacio. La fuerza de atracción gravitacional podía
deberse entonces a esfuerzos en el éter causados por la presencia de diversas masas. Ciertos
experimentos de óptica han demostrado que la teoría del éter es insostenible, lo que nos ha
obligado a considerar si el espacio en sí mismo tiene propiedades interesantes para el físico.
Se puede afirmar que la sola presencia de una masa altera el espacio que la rodea, y de
ese modo produce una fuerza gravitacional sobre otra masa cercana. Esta alteración en el
espacio se describe mediante la introducción del concepto de un campo gravitacional que
rodea a todas las masas. Se puede decir que ese tipo de campo existe en cualquier región del
espacio donde una masa de prueba experimentará una fuerza gravitacional. La intensidad
del campo en cualquier punto sería proporcional a la fuerza que experimenta una masa dada
en ese punto. Por ejemplo, en cada punto en la proximidad de la Tierra, el campo gravitacional
podría representarse cuantitativamente con
donde g = aceleración debida a la fuerza de gravedad
F = fuerza gravitacional
777 = masa de prueba (véase la figura 24.1)
Si g se conoce en cada punto sobre la Tierra, la fuerza F que actuará sobre una masa m dada,
situada en ese punto, puede determinarse con la ecuación (24.3).
Es posible aplicar, asimismo, el concepto de campo a los objetos cargados eléctricamente.
El espacio que rodea a un objeto cargado se altera en presencia de la carga. Podemos postular
la existencia de un campo eléctrico en este espacio.
Se dice que existe un campo eléctrico en una región de espacio en la que una
carga eléctrica experim enta una fuerza eléctrica.
Esta definición proporciona una prueba de la existencia de un campo eléctrico. Basta colocar una
carga en ese punto. Si se observa una fuerza eléctrica, existe un campo eléctrico en ese punto.
Del mismo modo que la fuerza por unidad de masa constituye una definición cuantitativa
de un campo gravitacional, la intensidad de un campo eléctrico puede representarse mediante
el concepto de fuerza por unidad de carga. La intensidad del campo eléctrico E en un punto
se suele definir en términos de la fuerza F que experimenta una carga positiva pequeña +q