Forza gravitazionale e forza elettrica

La forza gravitazionale deriva dall'attrazione tra le masse dei corpi; è una forza molto debole e genera effetti rilevanti solo quando almeno una delle masse è molto grande, come quella di un pianeta o una stella. Essa risulta direttamente proporzionale alla massa di ciascun corpo e inversamente proporzionale alla distanza tra i loro centri.
La forza elettrica (già conosciuta presso i Greci, strofinando pezzi di ambra, chiamata èlectron) si manifesta nella capacità di alcuni corpi di attrarsi o respingersi quando sono stati strofinati; essa è dovuta a una proprietà della materia che si chiama carica elettrica, definendo gli oggetti elettrizzati elettricamente carichi e neutri quelli che non hanno carica elettrica.

Si possono suddividere i materiali in tre categorie: i conduttori elettrici, nei quali la carica è in grado di muoversi all'interno del materiale; gli isolanti elettrici, nei quali la carica elettrica non si può muovere all'interno del materiale; i semiconduttori che hanno caratteristiche intermedie.
Alcuni conduttori sono i metalli e il corpo umani; il vetro, la plastica, la gomma, il legno e la porcellana sono isolanti. La carica elettrica può essere sia attrattiva che repulsiva. Uno strumento utilizzato per controllare se un oggetto è elettricamente carico è l'elettroscopio. Ci sono due tipi di carica elettrica, positiva e negativa. I corpi con carica dello stesso segno si respingono, quelli con carica di tipo diverso si attraggono.
Ogni atomo è costituito da un nucleo composto da neutroni (particelle neutre) e protoni (carichi positivamente) attorno al quale ruotano gli elettroni, la cui carica è uguale, ma di segno opposto a quella del protone. Poiché il numero dei protoni di un atomo è uguale a quello degli elettroni, gli atomi e di conseguenza i corpi, sono normalmente neutri.
Mentre protoni e neutroni sono fortemente uniti, gli elettroni possono essere sottratti all'influenza del nucleo e trasferiti da un materiale a un altro. La carica di un corpo è quindi positiva se esso perde elettroni e negativa se ne acquista.
Nei materiali isolanti la carica elettrica non è libera di muoversi, perché tutti gli elettroni di ogni atomo sono legati al proprio nucleo; invece nei conduttori la carica elettrica può muoversi liberamente, perché gli atomi perdono alcuni elettroni, che possono spostarsi liberamente all'interno del materiale (elettroni di conduzione).
L'induzione elettrostatica è quel fenomeno per cui, avvicinando un oggetto carico a un conduttore neutro, avviene all'interno del conduttore una ridistribuzione di cariche. E' possibile inoltre elettrizzare i corpi in tre modi: per strofinio, per contatto, per induzione.
La forza che agisce tra due corpi carichi è espressa da una legge del tutto simile a quella di gravitazione universale, ma di intensità molto maggiore, la legge di Coulomb.
Le forze si misurano in Newton. Se i corpi sono distanti questa forza diminuisce. F e d sono inversamente proporzionali: all'aumentare della distanza diminuisce la forza.
Il principio di conservazione della carica elettrica afferma che la quantità totale di carica di un sistema isolato rimane costante, qualunque siano i fenomeni che hanno luogo nel sistema. La forza gravitazionale e quella elettrica presentano notevoli analogie: agiscono a distanza, sono inversamente proporzionali al quadrato della distanza, sono forse "universali". E alcune differenze: la forza gravitazionale è sempre attrattiva, quella elettrica è attrattiva o repulsiva; la forza gravitazionale non dipende dal mezzo in cui sono posti i corpi, quella elettrica sì; la forza elettrica è assai più intensa della forza gravitazionale.
Il campo si indica con E ed è una grandezza vettoriale che ha una sorgente e un'intensità variabile. Indica una zona in cui avviene un'interazione (se ho una carica e ne avvicino un'altra, questa può essere attratta o respinta), è prodotto da una sorgente (carica di prova) e il suo valore cambia all'interno della zona di interazione, ed è tanto più grande quanto più si è vicini alla sorgente. Per poter definire un campo dal punto di vista fisico deve essere possibile assegnare un valore numerico alla sua intensità.