En teorías físicas , una partícula de prueba , o carga de prueba , es un modelo idealizado de un objeto cuyas propiedades físicas (generalmente masa , carga o tamaño ) se suponen despreciables, excepto la propiedad que se está estudiando, que se considera insuficiente para alterar el comportamiento del resto del sistema. El concepto de partícula de prueba a menudo simplifica los problemas y puede proporcionar una buena aproximación para los fenómenos físicos. Además de sus usos en la simplificación de la dinámica de un sistema en límites particulares, también se utiliza como diagnóstico en simulaciones por computadora de procesos físicos.
En las simulaciones con campos eléctricos , las características más importantes de una partícula de prueba son su carga eléctrica y su masa . En esta situación, se la suele denominar carga de prueba .
El campo eléctrico creado por una carga puntual q es
donde ε 0 es la permitividad eléctrica del vacío .
Al multiplicar este campo por una carga de prueba se obtiene una fuerza eléctrica ( ley de Coulomb ) ejercida por el campo sobre una carga de prueba. Tenga en cuenta que tanto la fuerza como el campo eléctrico son magnitudes vectoriales, por lo que una carga de prueba positiva experimentará una fuerza en la dirección del campo eléctrico.
El caso más sencillo de aplicación de una partícula de prueba se da en la ley de gravitación universal de Newton . La expresión general para la fuerza gravitatoria entre dos masas puntuales cualesquiera es :
donde y representan la posición de cada partícula en el espacio. En la solución general de esta ecuación, ambas masas giran alrededor de su centro de masas R , en este caso específico: [1]
En el caso en que una de las masas sea mucho mayor que la otra ( ), se puede suponer que la masa menor se mueve como una partícula de prueba en un campo gravitatorio generado por la masa mayor, que no se acelera. Podemos definir el campo gravitatorio como
con la distancia entre el objeto masivo y la partícula de prueba, y es el vector unitario en la dirección que va desde el objeto masivo hasta la masa de prueba. La segunda ley de Newton del movimiento de la masa más pequeña se reduce a
y por lo tanto sólo contiene una variable, para la cual se puede calcular la solución más fácilmente. Este enfoque proporciona muy buenas aproximaciones para muchos problemas prácticos, por ejemplo, las órbitas de los satélites , cuya masa es relativamente pequeña en comparación con la de la Tierra .
En las teorías métricas de la gravitación, particularmente la relatividad general , una partícula de prueba es un modelo idealizado de un objeto pequeño cuya masa es tan pequeña que no altera apreciablemente el campo gravitacional ambiental .
Según las ecuaciones de campo de Einstein , el campo gravitacional está acoplado localmente no sólo a la distribución de masa-energía no gravitacional , sino también a la distribución del momento y la tensión (por ejemplo, presión, tensiones viscosas en un fluido perfecto ).
En el caso de partículas de prueba en una solución de vacío o una solución de electrovacío , esto implica que además de la aceleración de marea experimentada por pequeñas nubes de partículas de prueba (con espín o no), las partículas de prueba con espín pueden experimentar aceleraciones adicionales debido a fuerzas de espín-espín. [2]
