Fuerzas de la Naturaleza.

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Introducción

Cuando una persona ve el mundo que lo rodea, se ven muchos “tipos” de fuerzas. Por ejemplo: nosotros como seres humanos,  aplicamos una fuerza. Por ejemplo en el suelo cuando caminamos; empujamos y levantamos. Podemos pensar en muchos otros ejemplos y demostraciones en los que se generan y aplican fuerzas.

En este trabajo práctico grupal se detallan los aspectos fundamentales de las mismas y cada una de sus importantes características. Estas  prevalecen y rigen desde el principio en la naturaleza y es realmente inimaginable pensar que mantienen sujeto y ordenado  a nuestro grande y majestuoso universo.

Para ser claros, no se  puede calcular y detallar con simples palabras el poder de partículas y átomos en conjunto. Las cuatro fuerzas que prevalecen en nuestro mundo son muy interesantes para investigarlas en detalle y mostrar que no son simples aspectos de la física. La física de partículas tiene como objetivo principal, describir fenómenos naturales en términos de sus constituyentes y de las fuerzas o interacciones.

 Un tema trascendente  es la unificación de las 4 interacciones fundamentales, que está mucho más allá de nuestro alcance en la actualidad, y la unificación de la gravedad con las otras tres también. Esto llevo a una mayor cooperación entre los físicos de partículas de alta energía y los astrofísicos, ya que cada grupo se da cuenta de que algunas de sus respuestas sólo pueden venir del otro.

Es cierto que  la ciencia no frenara su vehemente deseo de unificarlas (era también una meta que quiso proponerse Einstein).

La célebre y reconocida “Teoría del Todo” es el gran  sueño de los físicos, agregando la gravitación a las fuerzas que quedarían unificadas en las teorías de gran unificación.

Se sabe que hay una relación muy finita entre el concepto de partícula y el de fuerza.

A las partículas se las clasifica según el tipo de fuerza al que son sensibles, mientras que los campos de fuerza son transmitidos por partículas. Otra idea que está vinculada  a las partículas y fuerzas es la de simetría, sobre la cual se hablara más adelante.

Fuerzas en la Naturaleza

Los ejemplos de fuerzas físicas se dan en sistemas como en nuestros cuerpos, en un motor, en la atmósfera terrestre y en cables que llevan corriente eléctrica. Se puede decir que son fuerzas estadísticas porque es obvio que se trata de cuerpos compuestos por un gran número de átomos. Podemos dividir tales fenómenos en componentes microscópicos, como moléculas, átomos, electrones y sus respectivas interacciones.

En la naturaleza existe una gran variedad de fuerzas, y al descender en niveles microscópicos, ha de ser debida a 4 tipos de interacciones entre los átomos:  

1. Fuerza Gravitatoria: La fuerza gravitatoria es la más débil de las cuatro interacciones

y  fue una de las primeras en estudiarse con detalle.  Es sabido que la gravedad es la que mantiene unido al universo.

 La atracción gravitacional del Sol mantiene a la Tierra en su órbita casi circular en torno al Sol. Newton se dio cuenta que los movimientos de los planetas alrededor del Sol y la caída libre de objetos en la Tierra, son posibles por las fuerzas gravitacionales. Las fuerzas gravitatorias ejercidas por la Luna y el Sol sobre la Tierra son responsables de las mareas.

Es difícil ver la fuerza gravitatoria entre objetos de la vida diaria, pero se distingue la gravedad cuando consideramos las interacciones entre cuerpos muy grandes  (planetas, satélites y estrellas).  .

La ley de gravitación descubierta por Newton en el siglo XVII establece que dos cuerpos se atraen con una fuerza proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa.

La ley se simplifica con el campo gravitatorio: todo cuerpo cambia el espacio que lo rodeo con el campo gravitatorio aunque exista otro cuerpo o no en su cercanía. Su intensidad decrece con la distancia a la masa que lo produce.

        El gravitón sería la partícula mediadora que es una partícula que aún no se detecto y sobre cuya existencia hay dudas, pues parece que de existir, esto sería incompatible con varios puntos de la teoría general de la relatividad. En el caso de existir, se sabe que su spin tendría que ser 2, su masa nula y su alcance infinito.

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2) Fuerza Electromagnética: Incluye las fuerzas eléctricas y magnéticas. Charles Coulomb fue quien estudio la fuerza ejercida por una carga sobre otra mediante de una balanza de torsión que el invento. La fuerza ejercida por una carga puntual sobre otra, está dirigida a lo largo de la línea que las une. La fuerza varía inversamente con el cuadrado de la distancia que separa las cargas y es proporcional al producto de las cargas. Es repulsiva si las cargas tienen el mismo signo y atractiva si las cargas tienen signos opuestos.  

Ley de Coulomb a fines del siglo XVIII establece que entre dos cuerpos cargados, actuó una fuerza, atractiva o repulsiva, proporcional al producto de sus cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa.

Las fuerzas magnéticas se dan en interacciones entre imanes o entre un imán y un trozo de hierro. Pero en realidad son causadas por cargas eléctricas en movimiento. En un electroimán, una corriente eléctrica en una bobina de alambre causa interacciones magnéticas.

El campo eléctrico es definido como una cualidad del espacio que rodea todo cuerpo cargado. En cualquier otro cuerpo cargado ubicado en un lugar donde el campo no se anula, aparecerá una fuerza dada por la carga de dicho cuerpo y la intensidad del campo eléctrico en ese lugar. También el campo eléctrico puede ser visualizado mediante las líneas de campo y se plantea la cuestión sobre su existencia.

Las fuerzas de contacto (incluidas la normal, la de fricción y la de resistencia de fluidos) son la combinación de todas las fuerzas eléctricas y magnéticas ejercidas sobre los átomos de un cuerpo por los átomos de su entorno.

 El fotón sería la partícula mediadora. Su existencia es conocida hace tiempo y se sabe que se trata de una partícula sin masa, cuyo spin es igual a la unidad y tiene un alcance infinito.

3) Fuerza nuclear fuerte: 

Para poder ver sus características, hay que ver qué es un núcleo atómico. Este está constituido por dos tipos de partículas: los neutrones (sin carga) y los protones (de carga positiva). Además el núcleo contiene casi la totalidad de la masa del átomo y toda la carga positiva.

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