Fuerza de gravitatoria

Si bien es cierto que se conoce  la fuerza gravitatoria, es la fuerza con que la tierra atrae los objetos asía su centro terrestre también se puede decir que:

Es la fuerza de atracción que una porción de materia ejerce sobre otra, y afecta a todos los cuerpos. Su intensidad es mínima entre las partículas que intervienen en los procesos atómicos, pero es esencial a gran escala porque su alcance es infinito, aunque decrece de forma inversamente proporcional al cuadrado de la distancia, según la ley de Newton:

P = m g

m =  Masa
g  =  Aceleración de la gravedad
P  =  Peso en newton. (Sánchez, B. 2011, párr. 2)

Su importancia es que siempre es atractiva y, por tanto, se acumula, aumentando con el número de partículas en juego. De este modo, la gravitación es la fuerza a escala macroscópica, a pesar de que se trata de la más débil de todas las interacciones. Es la responsable de la atracción universal entre los cuerpos, de la cohesión de los astros (planetas, estrellas, satélites, otros) y regula sus movimientos; además, se puede afirmar que es la fuerza que mantiene el orden y el equilibrio en el universo y la que provoca, al mismo tiempo, la colisión entre galaxias vecinas y la creación de nuevas estrellas. (Sánchez, B. 2011, párr. 4)

La gravedad tiene un alcance teórico infinito, sin embargo, la fuerza es mayor si los objetos están cerca uno del otro, y mientras se van alejando dicha fuerza pierde intensidad. La pérdida de intensidad de esta fuerza es proporcional al cuadrado de la distancia que los separa. Por ejemplo, si se aleja un objeto de otro al doble de distancia, entonces la fuerza de gravedad será la cuarta parte. (Sánchez, 2011, B. párr. 10)

En 1915, Einstein, tras desarrollar su teoría especial de la relatividad, sugirió que la gravedad no era una fuerza como las otras, sino una consecuencia de la deformación del espacio-tiempo por la presencia de masa (o energía, que es lo mismo), formulando su teoría general de la relatividad. Entonces, cuerpos como la Tierra no se mueven en órbitas cerradas porque haya una fuerza llamada gravedad, sino que describen trayectorias parecidas a líneas rectas, pero en un espacio-tiempo que se encuentra deformado por la presencia del Sol. (González, C. 2008, pàrrf 12)

Sin embargo, Einstein propone una teoría clásica, ya que no introduce los conceptos cuánticos que describen el mundo microscópico. Los intentos realizados por cuantizar la interacción gravitatoria implican la existencia de un bosón mediador de la interacción, el gravitón, de masa nula y número cuántico de espín 2, que no ha podido ser detectado aún. Dicha partícula virtual sería la intercambiada entre las partículas subatómicas (o fermiones) que se ven afectadas por la gravedad en un instante dado. (González, C. 2008, pàrrf 20)

De lo anterior se expone un ejemplo práctico:

Una paleta de ladrillos de 1,000 kg usada en la construcción del Empire State en la ciudad de Nueva York pesaba cerca de 1N menos al levantarse y llevarlo a la parte más alta del edificio.  Otro ejemplo es que si un objeto que tiene una masa de 100kg, si la aceleración gravitacional es de 9.80m/s², su peso sería F=mg = (100kg)(9.80m/s²) = 980N, mientras que si la aceleración gravitacional fuera 9.77m/s², el peso sería 977N.  La diferencia sería de 3N, lo cual es una cantidad considerable. (González, C. 2008, pàrrf 25)

                                                                                              

Fuerza electromagnética

La fuerza electromagnética es una interacción que ocurre entre las partículas con carga eléctrica. Desde un punto de vista macroscópico y fijado un observador, suele separarse en dos tipos de interacción, la interacción electrostática, que actúa sobre cuerpos cargados en reposo respecto al observador, y la interacción magnética, que actúa solamente sobre cargas en movimiento respecto al observador. (Vásquez, S. 2010, pàrrf 4)

Las partículas fundamentales interaccionan electromagnéticamente mediante el intercambio entre partículas cargadas. La electrodinámica cuántica proporciona la descripción cuántica de esta interacción, que puede ser unificada con la interacción nuclear débil según el modelo actual. (Vásquez, S. 2010, pàrrf 7)

Los fotones y fotones virtuales son el mensajero partículas de una fuerza electromagnética. Al no tener masa y, así como la posibilidad de viajar a la velocidad de la luz, los fotones son capaces de llevar a la fuerza y atraer a los electrones y los protones juntos. En lugar de empujar o tirar de las partículas con la fuerza electromagnética que transporta, el fotón portadoras de fuerza realmente cambia el carácter de las partículas, con lo que la creación de átomos y moléculas. (Vásquez, S. 2010, pàrrf 10)

En el siglo XIX, en 1819 Hans Christian Oersted descubre la relación entre los fenómenos magnéticos y eléctricos. Otros científicos, como Ampere, inspirado por el descubrimiento de Oersted, inicia sus investigaciones llegando a desarrollar una teoría bastante fundamentada sobre el electromagnetismo.

(Vásquez, S. 2010, pàrrf 16)

En los últimos 100 años han surgido numerosas aplicaciones del electromagnetismo y de los materiales magnéticos. El electroimán, por ejemplo, es la base del motor eléctrico. Los electroimanes y solenoides tienen un gran uso en la industria y la tecnología: relés, motores, generadores, transformadores, altavoces, micrófonos, entre otros. (Vásquez, S. 2010, pàrrf 18)

  

Los materiales magnéticos también son componentes importantes de las cintas y discos para almacenar datos. Los imanes grandes y potentes son cruciales en muchas tecnologías modernas. Los trenes de levitación magnética utilizan poderosos electroimanes para elevarse por encima de los rieles y evitar el rozamiento. En la exploración mediante resonancia magnética nuclear, una importante herramienta de diagnóstico empleada en medicina, se utilizan campos magnéticos de gran intensidad. Los imanes superconductores se emplean en los aceleradores de partículas más potentes para mantener las partículas aceleradas en una trayectoria curva y enfocarlas. (Vásquez, S. 2010, pàrrf 24)

Fuerza Nuclear Fuerte

La fuerza nuclear fuerte también se conoce como interacción fuerte y  como interacción nuclear fuerte, a su vez permite a 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. (Bolaños, F. 2012, pàrrf 2)

Su accionar a pesar de ser el más fuerte sólo se lo aprecia a muy cortas distancias tales como el radio atómico. Según el modelo estándar, la partícula mediadora de esta fuerza es el gluón, pues  la teoría que describe a esta interacción es la cromodinámica cuántica y fue propuesta por David Politzer, Frank Wilczek y David Gross en la década de 1980. (Bolaños, F. 2012, pàrrf 4)

Como resultado colateral de la interacción entre quarks, existe una manifestación de la fuerza nuclear fuerte que explica que dentro del núcleo atómico a los protones y neutrones. Debido a la carga positiva de los protones, para que éstos se encuentren estables en el núcleo debía existir una fuerza más fuerte que la electromagnética para retenerlos. Ahora se sabe que la verdadera causa de que los protones y neutrones no se desestabilicen es la llamada interacción fuerte residual. Esta interacción entre nucleones (protones y neutrones) se produce a través de parejas de quark-antiquark en forma de piones. (Bolaños, F. 2012, pàrrf 9)

Fuerza nuclear débil

La fuerza nuclear débil es una interacción que forma parte de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza. En el modelo estándar de la física de partículas, ésta se debe al intercambio de los bosones W y Z, que son muy fuertes. El efecto más conocido es el decaimiento beta.  Este ocurre en los neutrones en el núcleo atómico.  Otro ejemplo es la radiactividad. La palabra "débil" proviene que actúa en un campo de fuerzas que es menor que la interacción nuclear fuerte. Esta fuerza y la interacción que representa, es más fuerte que la gravitación a cortas distancias. (Cascante, E. 2012, pàrrf 1)

Debido a la debilidad de esta interacción, los decaimientos débiles son muy lentos comparados con los decaimientos fuertes o los electromagnéticos. Por ejemplo, un decaimiento electromagnético de un pion neutro tiene una vida de cerca de 10^-16  segundos; mientras que un decaimiento débil cargado con un pion vive cerca de 10^-8  segundos, es decir, cien millones de veces más largo. Un neutrón libre "vive" cerca de 15 minutos, haciéndola una partícula subatómica inestable con la vida media más larga conocida. (Cascante, E. 2012, pàrrf 5)