¿Los iguales se atraen?

Artículo publicado por Philip Ball el 23 de mayo de 2012 en Nature News

Todo lo que creías saber sobre la electrostática probablemente es incorrecto.

Crea dos esferas de metal cargadas positivamente, acércalas y, ¿qué sucede? Se repelerán entre sí, debido a que las cargas iguales se repelen, ¿no?

Pues no. De acuerdo con el físico John Lekner de la Universidad Victoria de Wellington en Nueva Zelanda, muy probablemente se atraerán, violando la intuición de la física básica. Este resultado en contra de la razón se publica en la revista Proceedings of the Royal Society A1.

Incluso los expertos están sorprendidos. “El fenómeno me era desconocido, pero tras leer el artículo, tiene sentido”, dice el ingeniero químico William Ducker de la Universidad Tecnológica de Virginia (Virginia Tech) en Blacksburg, especialista en la medida de fuerzas entre partículas microscópicas.

Electricidad estática © by tjmwatson


Otro experto del campo, David Grier de la Universidad de Nueva York en la ciudad de Nueva York, admite que al principio le pareció “una locura de resultado” que le dejó a él y a sus colegas rascándose la cabeza hasta que pensaron en ello con cuidado.

Distribución de cargas

La clave para la aparentemente extraña conclusión de Lekner es que las esferas son conductoras de la electricidad. Esto significa que la carga puede redistribuirse de manera no uniforme sobre sus superficies.

En particular, una región de carga positiva en una de las esferas podría provocar que la carga positiva de la otra retrocediera, apilándola en el otro extremo y dejando una zona de carga negativa al otro lado (conocida como carga imagen) — la cual interactuaría de manera atractiva. La cuestión es, ¿cómo afectan estos cambios a la energía electrostática total de las dos esferas – y cómo cambia la propia energía cuando se aproximan las esferas?

No es obvio; la única forma de calcularlo es a través de difíciles cálculos matemáticos. Lekner los ha hecho, y encontró que casi siempre gana una atracción neta cuando las esferas se acercan. Cuando están lo bastante alejadas, las dos esferas actúan como objetos más o menos uniformemente cargados, que se repelen cuando las cargas son iguales. Pero conforme se acercan, se polarizan: una esfera consigue una carga imagen en la otra empujando las cargas iguales. A una distancia lo bastante cercana, la atracción resultante gana.

El tamaño importa

Pero no siempre – hay una excepción. Si ambas esferas tienen la misma carga y tamaño, no está claro cuál polarizará a la otra, y Lekner calcula que, en la práctica, ninguna gana: las esferas se siguen repeliendo. Más generalmente, hay una repulsión entre esferas de cualquier tamaño si tienen exactamente la misma carga que adquirirían si estuviesen en contacto: las esferas de igual tamaño y carga son un caso especial.

Ducker y Grier concuerdan en que no es tan raro una vez que piensas en ello. De hecho, dice Ducker, hay una analogía con la forma en que dos superficies cargadas igualmente pueden atraerse si se encuentran cerca en una solución salina, dado que atraen una nube de iones de carga opuesta hacia ellos, conocida como capa doble electrostática.

Pruebas históricas

¿No esperarías que un efecto tan impactante como este ya se hubiese observado? Tal vez ya se ha visto, dice Lekner: “El problema es viejo – tan viejo como la física – y puede que haya pasado algo por alto”. Pero apunta a las medidas de las fuerzas eléctricas entre dos discos cargados realizadas en 1836 por el científico inglés William Snow Harris, inventor de los pararrayos para barcos. Snow Harris informó de que en algunos casos “la repulsión desaparecía por completo, y era reemplazada por atracción”.

Lekner cree que con las técnicas modernas debería ser relativamente sencillo poner a prueba experimentalmente su teoría, pero hay varios obstáculos. Grier señala que la atracción se debilitará en un metal común donde la resistencia eléctrica dificultase la redistribución de la carga eléctrica, aunque podría funcionar mejor en superconductores.

Ducker cree que podría ser más fácil a escalas menores, debido a que las esferas tendrían que ser lo bastante lisas como para sentir la atracción antes de tocarse. Además, tendría que ser capaz de controlar la carga de cada esfera, y eliminar la transferencia de carga no controlada entre ellas. Aun así, Ducker puede hacer un intento. “Ya estoy pensando sobre los detalles experimentales”, comenta.


Nature doi:10.1038/nature.2012.10698
Autor: Philip Ball
Fecha Original: 23 de mayo de 2012
Enlace Original

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Comments (10)

  1. Interesante artículo que nos viene a confirmar que, no es que la teoría básica de las cargas iguales que se repelen esté rquivocada, sino que, en circunstancias especiales, estas cargas iguales, por motivos que el artículo explica, pueden atraerse en contra de lo que, en un primer momento podríamos esperar.

    Es simplemente, una variante del conocido fenómeno electromagnético que, aprendidos ya en el colegio y que, nos lleva a saber (lo hemos experimentado todos con imanes), que las cargas iguales se repelen y las desiguales se atraen.

    Aquí se nos presenta un caso especial en el que, bajo ciertas circunstancias, dicha repulsión desaparece y se convierte en atracción que, en realidad, es motivada por la misma función y motivo que conocemos y debido a que, las cargas iguales, han sido expulsadas para dejar aquellas otras distintas que permiten dicha atracción.

    Nada asombroso y sí curioso.

  2. Información Bitacoras.com…

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  3. fandila

    Este efecto, que se explica muy bien, tambien ocurre por apantallamiento, cuando las cargas de una esfera o partícula, en su giro, se distribuyen entre el centro o parte central y la corteza o corona esférica. A los efectos predomina la atracción entre coronas.
    El verdadero handicap será descubrir cual es el verdadero origen de las cargas. Indicar la causa en la emisión-recepción de fotones no parece muy exacta. Es explicable que en las atracciones participen los campos elíctricos y magnéticos que son algo más que fotones. Pues como se explicarían las cargas internas del propio fotón, (Aunque en conjunto aparezca como neutro). Y qué decir si existen elementos más allá de Planck que pudieran gozar de carga.
    En la comparación que hace Emilio, con la atracción entre imanes se supone que el norte y sur son de dirección magnética opuesta, por el norte sale por el sur entra. Aunque sea una forma de expresarlo, si indica que el c. magnético posee un giro relativo contrario en ambos polos. Si esto se aplica al campo eléctrico nos indicaría algo similar, rotaciones opuestas para ambas polaridades.
    Electricidad y magnetismo se ayudan mutuamente en la atración, de tal forma que en realidad se trata de un efecto electromagnetico. Desde aquí puede haber confusión, el decir que la atracción-repulsión sea por efecto de un fotón o fotones, que no será sino la forma de trasvase (Dos campos, uno electrico y otro magnético que se trasladan apoyados mutuamente). Pero el origen o causa no es el trasvase de fotones, estos son producidos por los campos en la rototraslación interna de los elementos constitutivos de las partículas o elementos.
    Aunque en la práctica pueda parecer lo mismo, ese origen rototraslacional nos explica el por qué de los elementos neutros y como se entiende que partículas que globalmente giran en el mismo sentido posean cargas opuestas y tenga que ser el espin quien consiga el equilibrio al posicionarse en sentidos contrarios.

  4. [...] "CRITEO-300×250", 300, 250); 1 meneos ¿Los iguales se atraen? http://www.cienciakanija.com/2012/07/18/los-iguales-se-atraen  por Vierkane hace [...]

  5. Dr. Van der Waals

    Es que esto no es tan nuevo (supongo que sí la aproximación analítica). Es el pan nuestro de la química. Lo que están hablando en el fondo es una especie de inducción de carga (porque tiene que haber cargas desplazables), y todo esto vienen a ser las fuerzas de Van der Waals.

  6. busgosu

    ¿Esto puede suponer que la simbolizacion de las cargas como positivas o negativas sea subjectiva?

  7. la molécula de H2

    que yo debo ser un caso especial también, me explico, mis dos electrones están igual de distribuidos y mis esferitas están bien pegadas ;)

  8. aloctavodia

    efectos similares se han observado en partículas coloidales de igual carga. También es conocido desde hace tiempo que en algunas proteínas se observan aminoácidos de igual carga próximos entre si. De todas formas es interesante el estudio analítico y detallado de un sistema simple como dos esferas.

  9. Bufagozo

    Nada novedoso… lo que sucede al acercar las dos esferas es un efecto de inducción, de hecho el titulo del articulo no es el más apropiado pues si p. ej., se tiene una esfera cargada positivamente y a ésta se le acercara otra esfera sin carga, de todas formas se van a atraer, pues la esfera sin carga se cargará por inducción.

    • juan marin

      pero en ningun momento se habla de un elemento neutro se habla de elementos con cargas iguales por eso lo curioso

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