Forces In Nature. Fuerza Nuclear

FORCES IN NATURE

Las interacciones del Universo están gobernadas por cuatro fuerzas fundamentales. (Nuclear fuerte, Nuclear Débil, Electromagnética y Gravitacional). Desde hace tiempo los físicos han tratado de encontrar una relación entre todas estas fuerzas para poder hacerla teoría, pero hasta el momento solo han logrado relacionar mediante una teoría a la fuerza nuclear débil en relación con la electromagnética, haciendo la llamar electro-débil. La fuerza nuclear fuerte y la gravitacional aun no han sido incluidas en esta teoría.

Fuerza Nuclear:

La fuerza nuclear mantiene unida a la más básica de las partículas elementales, los quarks, que se combinan para formar a los protones y neutrones en el núcleo atómico.

Los protones y neutrones del núcleo se encuentran en un espacio muy reducido, a distancias muy cortas unos de otros. A estas distancias tan cortas es muy grande la repulsión electromagnética entre protones, que de acuerdo a la ley de Coulomb es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia y directamente proporcional a la magnitud de las cargas. La fuerza que vence a esta repulsión electromagnética es la fuerza nuclear fuerte, que es una fuerza atractiva y muy intensa, por lo que domina a la repulsión culombiana de los protones. Las características de este tipo de fuerza son que es una fuerza saturada, dirigida e independiente de la carga.

Pese a la interacción fuerte, un núcleo puede ser inestable y desintegrarse por radiactividad, e incluso fisionándose, rompiéndose en fragmentos. Núcleos pesados, como por ejemplo el del Uranio, son capaces de hacerlo naturalmente. Como bien conocemos, el proceso de fisión también puede darse por la acción de neutrones sobre núcleos de determinados elementos, lo que produce una gran liberación de energía, aprovechada en las centrales nucleares de fisión.

De acuerdo con el tamaño del los núcleos atómicos, las fuerzas nucleares atractivas deben tener las siguientes características:

- Ser muy intensas unas cien veces mayor que las fuerzas electrostáticas y 1038 veces mayor que las fuerzas gravitatorias.

- Ser de corto alcance, es decir, disminuir rápidamente con la distancia, de manera que para r=10-13 cm su valor sea prácticamente cero. Además, para valores de r muy pequeñas debe ser repulsiva, para evitar que el núcleo se colapse hacia dentro.

- Ser saturadas, es decir, cada nucleón solo puede estar determinado de nucleones, análogamente a como ocurre con las fuerzas que actúan entre las moléculas de un líquido. Este hecho implica que la densidad nuclear sea la misma para todos los núcleos.

La aparición del neutrón permitió dar una explicación satisfactoria a casi todas las dificultades que emergían del antiguo modelo de la estructura nuclear con base en protones y electrones.

Fuerza Gravitacional:

Todo cuerpo masivo atrae gravitacionalmente a otro. Como ejemplo, la Tierra nos atrae y nosotros atraemos a la Tierra.

En el siglo XVII, Isaac Newton descubrió que la gravitación es un fenómeno universal. Según una famosa leyenda, Newton estaba un día sentado debajo de un manzano, cavilando con respecto a la fuerza que mantiene unida la Luna a la Tierra, cuando vio caer una manzana. Este suceso le dio la clave para descubrir que la fuerza de gravedad, la misma que hace caer la manzana, es también la que retiene a la Luna en órbita. Descubrió así el principio de la gravitación universal.

La gravitación universal, descubierta por Newton, implica que la Tierra no sólo atrae a los objetos que están en su superficie, sino también a la Luna y a cualquier cuerpo en su cercanía. Además, el Sol atrae a la Tierra y a todos los demás planetas, las estrellas se atraen entre sí, las galaxias también, y así toda la materia en el Universo.

Pero además Newton descubrió que la fuerza de gravedad obedece una ley muy sencilla. La fuerza gravitacional entre dos cuerpos es directamente proporcional a las masas de los cuerpos e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa. En términos matemáticos, la fórmula para la fuerza se escribe:

F = G M1 * M2 / R2

Donde F es la fuerza, M1 y M2 son las masas de cada uno de los cuerpos, R es la distancia que los separa y G es una constante de proporcionalidad.

Todo se explicaba a la perfección en el esquema teórico desarrollado por Newton. El único pedazo que faltaba en el rompecabezas era la naturaleza de la fuerza de gravitación. En efecto ¿Qué es lo que produce realmente la atracción gravitacional? ¿Qué medio transmite la gravitación? ¿Cómo "sabe" la Luna que la Tierra está ahí y la atrae? ¿Cuál es el origen de esa "acción a distancia"?

La física de Newton permaneció incólume durante más de dos siglos. Pero a principios del siglo XX comenzaron a aparecer nuevos aspectos del mundo que ya no correspondían con el modelo clásico. Para dar un nuevo paso y comprender la gravitación se necesitaba una nueva teoría física que relevara la mecánica de Newton en los nuevos dominios del Universo que surgían. Afortunadamente, cerca de 1915 Albert Einstein había elaborado su teoría de la gravitación, también conocida

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