Para 1777, Charles Coulomb se encontraba usando hebras de distintos materiales en la creación de una balanza de torsión. La balanza de torsión se basa en la capacidad que tiene una barra de retorcerse mientras cuelga de una fibra. En tal caso de que gire la barra, esta es regresada a su posición por la fibra. Al conocer la fuerza de torsión que está presente, la cual la ejerce la fibra sobre la barra, esto nos puede ayudar al calcular las medidas de las fuerzas.

Si bien, antes de pasar a conocer las especificaciones de la balanza de torsión de coulomb, no está demás que conozcan un poco acerca de la vida de su creador y cómo fue que logró llegar hasta ahí, veámoslo.

Charles Coulomb

Charles Augustin Coulomb, nace el 14 de Junio de 1736 en Angulema, Francia. A pesar de que nació en el seno de una familia adinerada, esta se arruinó por las especulaciones financieras que se contaban, causando el divorcio de sus padres. A sus 25 años se gradúa de ingeniero en la Escuela de Ingeniería de Meziers donde obtuvo el rango teniente.

En el curso de su vida, es en 1764 donde llega a las Islas Martinica con el trabajo de supervisar el Fuerte Borbón, el cual empezaba su construcción; en respectivo lugar, aprendió de mecánica de estructuras, elasticidad de materiales y de la fricción en las maquinarias. Una vez que termina eso en 1772, escribe una obra literaria titulada “Una aplicación de reglas, de máximos y mínimos para algunos problemas de estática, relativos a la arquitectura”, siendo esta su primera obra.

En 1777 gana su primer premio gracias a las brújulas y el magnetismo generado por la Tierra, este fue el gran premio de la Academia de Ciencias Francesas. Cabe destacar que para 1781 vuelve al ganar con la teoría de la fricción en maquinarias. Finalmente muere el 23 de Agosto de 1806 en París después de convertirse en presidente del Instituto de Francia. Sin lugar a dudas, entre los inventos de este hombre destaca: la balanza de torsión.

¿Qué es la balanza de torsión de Coulomb?

La balanza de torsión de Coulomb, es un instrumento que depende ni más ni menos del péndulo de torsión; se constituye por la elasticidad de un material que se somete al torsión. Este cuenta con una barra colgante, en la cual si se aplica torsión esta puede regresar a su sitio original.

También, puede estar compuesto de una base de madera en la que se apoya un cilindro, con dos tambores metálicos en el cual pende un hilo de plata donde se sostiene una varilla o aguja de goma de laca. Haciendo torsión como en todos los casos, esta regresa a la posición original en que empezó, debido a la atracción que genera la otra esfera colocada a cierta distancia de la esfera principal encontrada en la barra.

Gracias a este invento es que se establece la Ley de Coulomb. A causa de que Charles Coulomb hizo uso de una esfera cargada sobre la barra de la balanza y luego a distintas distancias, colocó otras pequeñas esferas cargadas igualmente, para atraer o repeler, causando torsión de un cierto ángulo.

De esta manera, la Ley de Coulomb nos dice que las cargas iguales se repelen y las cargas diferentes se atraen, esto explicaría el porqué la barra puede moverse o volver a su posición original al aplicar torsión.

Además, hay que destacar que todas las fuerzas tienen un vector con dirección, como es en este caso de la fuerza eléctrica, uniendo las dos cargas a lo largo de la línea.

Tipos de balanza de torsión de Coulomb

El tipo de la balanza de torsión de Coulomb dependerá de la forma del material (suelen ser alargadas) que se emplea como torsor, ya sea en forma de cable, chapa, barra, entre otros.

• Gomas de torsión: para relojes de péndulo de torsión.
• Cables de torsión: resisten tensiones mecánicas medias.
• Barras de torsión: soportan los componentes de suspensión de un vehículo, amortiguando, mientras se conduce, los movimientos verticales.

Cada uno de estos materiales de los torsores tienen una particularidad, por lo que debemos resaltar el hecho de que el efecto puede ser mayor en algunos materiales y otros no, ya que la resistividad de estos materiales puede ser diferente y atraer o repeler con más fuerza la esfera.

Usos y aplicaciones de la balanza de torsión de Coulomb

A continuación se mencionan y se explican algunos de los usos y aplicaciones de esta balanza de torsión:

1. Mide la fuerza electrostática entre dos cargas

Para medir la fuerza electrostática, se necesitan de dos esferas de metal que cuelgan de ambos extremos de la barra que se suspende por una chapa delgada, filamento o cable. Se hace uso de una tercera esfera cargada que se coloca a una distancia, haciendo que las dos esferas cargadas se repelen o se atraigan desde cierto ángulo ocasionando torsión. Asimismo, calculamos cuanta fuerza (en Newton) es necesaria para que la fibra pueda torsionar desde un cierto ángulo.

2. Medir la densidad de la Tierra

En un experimento de 1798 en Cavendish, se utilizó la balanza para medir la densidad de la Tierra con mayor precisión, demostrando en un laboratorio terrestres la ley gravitacional, esta sería un principio de la Ley de Gravitación.

3. Define la unidad de carga electrostática

Actualmente a esta carga se le dice como la que pasa por la sección de un cable cuando la corriente es de un amperio durante un segundo.

4. Mostrar el principio de equivalencia

En el siglo XX, el barón Eötvös demuestra este principio que establece que la masa inercial es igual al la masa gravitacional.

En la actualidad, en muchas partes y en muchos laboratorios, es usada la balanza de Coulomb para hacer experimentos de Física en clases, ya al ser quien establece la Ley de Coulomb y lo afirma; asimismo, esta balanza es de mucha utilidad en el tema de la fuerza electrostática ya que la misma puede medir dicha fuerza y sus unidades de cargas, así como también puede medir fuerzas débiles.