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Blog de Mercedes González Mas

Interacciones fundamentales de la naturaleza

Existen cuatro tipos de interacciones fundamentales en la naturaleza:

fuerzas

1.- Interacción  gravitatoria

Esta es una interacción solo atractiva, ya que dos cuerpos con masa siempre tienden a atraerse por la fuerza de gravedad. sistema solar

Es la más conocida de las interacciones,  es muy débil y afecta a todas las partículas. Actúa a grandes distancias  al igual que el electromagnetismo, pero  sólo tiene carácter atractivo. A distancias atómicas, y en comparación con el resto de interacciones es la más débil de todas las interacciones.

En el siglo XVII el gran físico inglés Isaac Newton establece que dos cuerpos cualesquiera se atraen con una fuerza que es directamente proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa.                                G Mm / r2

G es la denominada constante de gravitación universal y su valor en unidades S.I. es: 6 ,671011 N m2 kg­-2

Esta fuerza es la que mantiene a los planetas orbitando y girando alrededor del Sol,  y es la misma que hace caer una manzana del árbol cuando está madura.newton

 

2.- Interacción electromagnética

La interacción electromagnética  actúa entre partículas con carga eléctrica. Este tipo de interacción incluye a la fuerza electrostática, que actúa entre cargas en reposo, y el efecto combinado de las fuerzas eléctrica y magnética que actúan entre cargas que se mueven una respecto a la otra.

La fuerza electromagnética también tiene un alcance infinito, actúa a grandes distancias, pero es mucho más fuerte que la fuerza de la grav3edad. A diferencia de la gravitación que siempre es atractiva, la fuerza eléctrica puede ser tanto repulsiva como atractiva, según si las cargas son del mismo signo o de signo contrario.

La ley que enunció Coulomb en 1875 dice: “la fuerza electrostática entre dos cargas puntuales es proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa, y tiene la dirección de la línea que las une. La fuerza es de repulsión si las cargas son de igual signo,y de atracción si son de signo contrario.”

Los fenómenos eléctricos y magnéticos han sido observados desde la antigüedad, pero fue a partir de 1800 cuando los científicos descubrieron que la electricidad y el magnetismo son dos aspectos fundamentales de la misma interacción. Primero fue  Oersted quien descubrió que una corriente eléctrica influye sobre un imán colocado cerca de ella, y Ampère demostró que ello se debe a que una corriente produce una fuerza magnética a su alrededor. Finalmente, en 1831 Faraday descubrió que se genera una corriente eléctrica en un alambre conductor cuando éste se mueve junto a un imán.

 

1299771837_175930959_1-Instalacion-Reparacion-y-Mantenimiento-en-Electricidad-e-Informatica-Domiciliaria-BelloMedio siglo después, Tomás Edison tuvo la idea de utilizar el descubrimiento de Faraday para generar corriente eléctrica y distribuirla por medio de cables por la ciudad de Nueva York. La primera planta eléctrica de la historia fue inaugurada en 1881. Consistía en enormes turbinas de vapor que hacían girar grandes bobinas de alambre conductor alrededor de imanes. Debido al efecto Faraday, se generaba una corriente eléctrica que se transmitía por toda la ciudad. La energía térmica se convertía, así, en energía eléctrica.

Toda la electricidad que consumimos hoy en día se genera gracias al efecto Faraday. Lo único que varía es el mecanismo utilizado para hacer girar una bobina alrededor de un imán; este mecanismo puede ser el flujo de agua en una presa, el funcionamiento de un motor de combustión de petróleo, la presión del vapor de agua calentada por el uranio en una planta nuclear, etcétera.

fuerza-electromagnetica-4

3.- Interacción nuclear fuerte.

Esta interacción es la responsable de mantener unidos a los nucleones (protones y neutrones) que coexisten en el núcleo atómico, venciendo a la repulsión electromagnética entre los protones que poseen carga eléctrica del mismo signo (positiva) y haciendo que los neutrones, que no tienen carga eléctrica, permanezcan unidos entre sí y también a los protones.nuclear fuerte
Esta interacción, recién descubierta en el siglo XX, es la fuerza nuclear fuerte. Es mucho más intensa que la electromagnética y, a la vez, es de muy corto alcance; actúa únicamente en el núcleo, razón por la cual no forma parte de nuestra experiencia diaria.  Un protón en el núcleo es atraído por los otros protones y neutrones por la fuerza nuclear fuerte, cuya intensidad es unas 1 000 veces mayor que la fuerza de repulsión electromagnética.  A pesar de su fuerte intensidad, su efecto sólo se aprecia a distancias muy cortas del orden del radio atómico, distancias de 1 fm.

Según el modelo estándar,  los protones y neutrones ( denominados hadrones) están formados por quarks. La interacción nuclear fuerte hace que los quarks se mantengan unidos mediante el intercambio de gluones.  Decimos que la partícula mediadora de este tipo de  fuerza es el gluón.images

El protón y el neutrón son un tipo de hadrones llamados bariones (que quiere decir que tienen masa alta).  la interacción nuclear fuerte, es la interacción que permite unirse a los quarks para formar hadrones. La interacción electromagnética se da entre partículas cargadas eléctricamente, aquí las partículas también tienen carga, la carga de color.un-viaje-el-atomo-particulas-fuerzas-muchas-c-L-HxK5ZO

Existen unas reglas para que se acoplen los quarks, y dependen de lo que los científicos han llamado “color”, por analogía con lo que normalmente entendemos como tal. Tenemos tres colores: rojo, azul y verde. Para que una unión pueda ser llevada a cabo, el resultado ha de dar color blanco, y es análogo a mezclar diversas tintas para conseguir el color deseado. Por ejemplo, el protón está formado por dos quarks del tipo llamado arriba y un quark del tipo llamado abajo, de forma que uno es rojo, otro azul y otro verde.

4.- Interacción nuclear débil

Unos diez mil millones de veces más débil que la electromagnética y con un alcance aún menor que la interacción fuerte, esta fuerza la encontramos en los llamados fenómenos radiactivos de tipo beta, que no son otra cosa que desintegraciones de partículas y núcleos atómicos. La palabra “débil” deriva del hecho de que su campo de fuerzas es menor que el que produce la interacción nuclear fuerte; aun así esta interacción es más fuerte que la gravitación a cortas distancias.

La desintegración beta, emisión beta o decaimiento beta, es un proceso mediante el cual un  nucleón inestable emite una 300px-Beta-minus_Decay.svgpartícula beta (electrón o positrón) para compensar la relación de neutrones y protones del núcleo atómico. Si esta relación es inestable, algunos neutrones pueden  convertirse en protones. Como resultado de esta mutación, cada neutrón emite una partícula beta y un antineutrino electrónico o un neutrino electrónico.

La partícula beta puede ser un electrón, en una emisión beta menos (β–), o un positrón, en una emisión beta más (β+). La diferencia fundamental entre un electrón (β–) y la de un positrón (β+) con respecto a la partícula beta correspondiente es el origen nuclear de aquéllos: no se trata de un electrón ordinario expulsado de un orbital atómico.

neutrondec

 

Cuando un núcleo sufre un decaimiento radiactivo tiende a alcanzar su estabilidad. En ocasiones el núcleo hijo es estable pero en otras sigue siendo radiactivo y decae a su vez, en forma sucesiva hasta que uno de los núcleos producidos es estable. Los físicos llamaron interacción nuclear débil a la responsable de procesos en los cuales ciertas partículas “cambian de identidad” y debido a ello decaen en otras partículas.

Para describir el fenómeno, hay que volver a referirse a  los quarks. Recordemos que un protón consta de dos quarks arriba y uno abajo, pues bien, la interacción nuclear débil provoca que uno de los quarks down se convierta en un quark up, de forma que el protón se transformará en un neutrón. La interacción nuclear débil, se acopla a un tipo de carga llamada sabor, que la poseen los quarks y los leptones. Esta interacción débil es la causante de los cambios de sabor en estas partículas, en otras palabras es la responsable de que los quarks y leptones decaigan en partículas más livianas, además es la que produce desintegraciones beta. Según el modelo estándar, las partícula mediadoras de este tipo de interacción son los bosones W y Z que son partículas muy masivas.

Fuerza debil

29 abril 2014 - Posted by | ....BV-Quàntica-nuclear, 2n Batxillerat-Física | , , , ,

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