MW: ¿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
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