Cargas se repelen o se atraen entre sí con una fuerza que varía con la inversa del cuadrado de la distancia entre ellos. Con excepción de la escala atómica, en las moléculas, sólidos, líquidos, gases y en todas las cosas que implican la interacción del hombre con el medio ambiente, las fuerzas elementales involucradas son: la gravedad y la fuerza electromagnética. Fuerzas de fricción, enlaces químicos, la viscosidad y muchas de las fuerzas que hacen que girar los engranages de las industrias, son manifestaciones de fuerzas entre cargas. Aquí estudiaremos la fuerza entre cargas paradas, conocida como fuerza electrostática, que es descrita por la ley de Coulomb.
Las fuerzas gravitacionales son dominantes en una escala cósmica.
Las fuerzas eléctricas son dominantes en escalas mayores que las atómicas.

La ley de Coulomb

Ilustración de las fuerzas entre dos cargas. Para cargas en reposo, de signos opuestos, separadas por una distancia \(d\) , se tiene una fuerza de atracción electrostática que es descrita por la ley de Coulomb.
La interacción entre cargas puntuales
La fuerza de interacción eléctrica entre dos cargas puntuales, tiene las siguientes propiedades:
1) es directamente proporcional al producto de las dos cargas eléctricas.
2) Es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre las dos cargas eléctricas.
3) depende del entorno donde las cargas están inmersas (permitividad del medio). Cuanto mayor sea la permitividad menor será la fuerza entre las cargas.
4) están orientadas a lo largo de la línea recta que conecta las dos cargas.
5) Las fuerzas entre las cargas son un par: acción y reacción, es decir, satisfacen la tercera ley de Newton (Ley de acción y reacción).
Matemáticamente que escribimos $$F_{a,b} = k \frac{q_a q_b}{d^2},$$ donde \(k=\frac{1}{4 \pi \epsilon}\) es la constante electrostática el medio y \(\epsilon\) es la permitividad eléctrica del medio. Cuando el medio es el vacío, tenemos: $$k=k_0= \frac{1}{4 \pi \epsilon_0}=9.0 \times 10^{9} \frac{N m^2}{C^2} $$ donde $$\epsilon = \epsilon_0 = 8.85 \times 10^{-12} \frac{C^2}{N m^2}$$
Constant medio electrostático \((k)\)
La fuerza entre dos cargas es máxima en vacío. Un entorno material cambia la permitividad del medio. Si las cargas eléctricas se sumergen en un medio material, el valor de las fuerzas entre ellas se hacen menores, reduciendo proporcionalmente \(k\) .

Principio de superposición

Cuando dos o más cargas ejercen fuerzas simultaneamente en una carga dada, se observa que la fuerza total sobre la última es la suma vectorial de las fuerzas que ejerce cada carga individualmente.