Forças Fundamentais da Natureza - Força Nuclear Forte

Os fenômenos do mundo material são descritos introduzindo-se uma variedade de forças diferentes como a força peso, a força de atrito entre superfícies secas, a força de viscosidade, a força normal, as forças elásticas de deformação dos corpos e a força eletrostática (coulombiana), só para citar alguns exemplos. Contudo, descrevendo-se os fenômenos em termos de seus componentes microscópicos básicos e suas interações mútuas, aquela variedade de forças pode ser compreendida em termos de apenas quatro interações fundamentais: a gravitacional, a nuclear fraca, a eletromagnética e a nuclear forte.

Antes do Big Bang, o Universo era uma singularidade infinitesimalmente pequena, onde estas 4 forças estavam confinadas em um único ponto. Logo após o Big Bang, a gravidade foi a primeira que separou-se das demais forças e assim por diante. As leis de Einstein ainda não tinham sido aplicáveis, então o Universo se expandiu mais rápido que a luz.

A cada dia explicarei uma das quatro forças fundamentais.

FORÇA NUCLEAR FORTE

Um átomo é formado por um núcleo e uma eletrosfera. O núcleo é constituído por prótons (cargas positivas) e nêutrons (partículas sem carga elétrica), além dos elétrons (cargas negativas) na eletrosfera que giram ao redor do núcleo em determinadas órbitas.  Do estudo de eletricidade sabemos que cargas de mesmo sinal se repelem e cargas de sinal contrário se atraem, sendo assim, como é possível que os prótons, cargas de sinal positivo, fiquem todos no núcleo atômico?

Isso é possível , graças a força nuclear forte, que é representada pelo contato entre os quarks e glúons.

QUARKS

Os quarks são uma das partículas fundamentais do Universo (a outra partícula fundamental são os léptons – constituintes dos elétrons) e se caracterizam por estarem no núcleo atômico. Mais precisamente nos prótons e nos nêutrons: uma vez que os prótons e os nêutrons são nada mais que uniões de quarks de determinadas cargas e massas.

Basicamente, são classificados 6 tipos de quarks (nomeados em flavors – sabores, em inglês). Mas apenas dois realmente nos interessam: dado a sua importância na formação das partículas subatômicas. São eles: quarks Up e Down.

Os quarks Up possuem carga positiva, e os Down negativa. Para a formação de um próton necessita-se de dois quarks Up e um Down; para um nêutron, 2 quarks Down e um Up.

Observe que os quarks Up possuem carga positiva e os Down carga negativa, por isso que os nêutrons não apresentam carga: já que os sinais dos quarks se anulam.  As massas dos quarks são extremamente pequenas.

GLÚONS

Os glúons, mais uma espécie de partículas fundamentais – mas desprovidos de massa ou carga elétrica-, são os mediadores das interações entre os quarks, funcionando como uma “cola” (glue – em inglês) que os mantêm unidos. Portanto, são os glúons que “seguram” os quarks Up e Down de modo a constituir os prótons e os nêutrons. Dessa interação glúon-quark é originada a força nuclear forte – que tem como papel fundamental manter os quarks juntos uns aos outros, bem como os nêutrons e prótons no núcleo atômico.

O tempo de vida dos glúons, (assim como dos prótons, nêutrons e quarks) é infinito.

A força nuclear forte mantém a coesão do núcleo atômico e garante a união dos quarks para formarem os prótons e os nêutrons, assim como a ligação dos prótons entre si, equilibrando a força eletrostática repulsiva entre cargas de mesmo sinal. A força nuclear forte é mais intensa das quatro forças fundamentais. Sua intensidade é 10^38 vezes maior que a força gravitacional, a mais fraca das quatro. Entretanto, sua ação só se manifesta para distâncias menores que 10^(-15) m, isto é, dimensões inferiores às do núcleo atômico. A intensidade da força nuclear forte diminui rapidamente quando há a separação entre as partículas, praticamente se anulando quando a distância assume as dimensões de alguns diâmetros nucleares.

Fonte: www.infoescola.com

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Forças Fundamentais da Natureza - Força Eletromagnética

Os fenômenos do mundo material são descritos introduzindo-se uma variedade de forças diferentes como a força peso, a força de atrito entre superfícies secas, a força de viscosidade, a força normal, as forças elásticas de deformação dos corpos e a força eletrostática (coulombiana), só para citar alguns exemplos. Contudo, descrevendo-se os fenômenos em termos de seus componentes microscópicos básicos e suas interações mútuas, aquela variedade de forças pode ser compreendida em termos de apenas quatro interações fundamentais: a gravitacional, a nuclear fraca, a eletromagnética e a nuclear forte.

Antes do Big Bang, o Universo era uma singularidade infinitesimalmente pequena, onde estas 4 forças estavam confinadas em um único ponto. Logo após o Big Bang, a gravidade foi a primeira que separou-se das demais forças e assim por diante. As leis de Einstein ainda não tinham sido aplicáveis, então o Universo se expandiu mais rápido que a luz.

A cada dia explicarei uma das quatro forças fundamentais.

FORÇA ELETROMAGNÉTICA

Nós, seres humanos, e todos os animais e plantas, além dos objetos, possuímos massas e estamos sujeitos à força gravitacional do planeta Terra. O que impede que sejamos todos aglomerados em torno do núcleo terrestre em uma única massa disforme? O que mantém nossos corpos coesos?

Também é fato que a maior parte da matéria é constituída de espaços vazios (basta vermos o modelo atômico clássico e compararmos as distâncias entre prótons e nêutrons com os elétrons). Então, o que impede que um bloco de madeira atravesse uma mesa por entre esses espaços vazios? A resposta a todas essas perguntas é a existência de outro tipo de interação entre os corpos: a força eletromagnética.

HISTÓRICO

Em 1820, o físico dinamarquês Hans Christian Öersted descobriu que a corrente elétrica num condutor está associada a um campo magnético. Dez anos mais tarde, Michael Faraday, físico inglês, e Joseph Henry, físico norte-americano, descobriram que a variação de um campo magnético induz uma corrente elétrica num condutor. Com a união desses estudos surgiu o eletromagnetismo.

Em 1837, James Clerk Maxwell, físico inglês, apresentou um trabalho no qual, matematicamente, ele unificava as forças elétricas e magnéticas, assumindo de vez a existência da força eletromagnética.

A partir da consolidação da teoria do eletromagnetismo, surgiram inúmeros experimentos e inventos, como o gerador de corrente alternada, desenvolvido por Nikola Tesla, e a lâmpada elétrica, criada por Thomas Alva Edison. A teoria de Maxwell ainda foi essencial para Albert Einstein, que buscando interpretar as relações estabelecidas entre o magnetismo e a eletricidade, conseguiu formular a teoria da relatividade, também baseada em estudos de Henri Poincaré e Hendrik Lorentz.

No século XX, as explicações da teoria do eletromagnetismo foram ainda mais sofisticadas. O resultado foi a união deste estudo com o da mecânica quântica, dando origem a teoria quântica eletromagnética, também conhecida como eletrodinâmica quântica, em 1940.

FORÇA ELETROMAGNÉTICA

A força eletromagnética tem a ver com praticamente todos os fenômenos físicos que se encontram no cotidiano, com exceção da gravidade. Isso porque as interações entre os átomos são regidas pelo eletromagnetismo, já que são compostos por prótons e elétrons, ou seja, por cargas elétricas. Mas é importante destacar que, de uma forma ou de outra, essa interação atinge todas as outras partículas conhecidas, com exceção do gráviton e do neutrino. Assim podem-se incluir fenômenos químicos e biológicos como consequência do eletromagnetismo.

A partícula mediadora da força eletromagnética é o fóton (uma forma de descrever a luz como partículas indivisíveis). Qualquer objeto ou corpo com carga elétrica emite e absorve luz (fótons), que é responsável pela transmissão da força eletromagnética. Tal constatação nos permite afirmar que a força eletromagnética entre dois corpos não é transmitida instantaneamente - e, sim, na velocidade da luz.

O eletromagnetismo foi imprescindível para o avanço tecnológico e a transformação da sociedade como a conhecemos atualmente. Graças aos estudos do eletromagnetismo, foi possível criar equipamentos indispensáveis para a vida contemporânea, como os motores elétricos, transformadores de tensão, forno micro-ondas, antenas de transmissão de dados e os cartões magnéticos. Os telefones móveis funcionam através das ondas eletromagnéticas, fundamentais para as comunicações sem fio. A importância desta teoria da física pode ser vista todos os dias, nos mais variados equipamentos elétricos e eletrônicos, que não existiriam sem estes estudos.

Fonte: fisicanamenterj.blogspot.com.br

          www.resumoescolar.com.br

Forças Fundamentais da Natureza - Força Nuclear Fraca

Os fenômenos do mundo material são descritos introduzindo-se uma variedade de forças diferentes como a força peso, a força de atrito entre superfícies secas, a força de viscosidade, a força normal, as forças elásticas de deformação dos corpos e a força eletrostática (coulombiana), só para citar alguns exemplos. Contudo, descrevendo-se os fenômenos em termos de seus componentes microscópicos básicos e suas interações mútuas, aquela variedade de forças pode ser compreendida em termos de apenas quatro interações fundamentais: a gravitacional, a nuclear fraca, a eletromagnética e a nuclear forte.

Antes do Big Bang, o Universo era uma singularidade infinitesimalmente pequena, onde estas 4 forças estavam confinadas em um único ponto. Logo após o Big Bang, a gravidade foi a primeira que separou-se das demais forças e assim por diante. As leis de Einstein ainda não tinham sido aplicáveis, então o Universo se expandiu mais rápido que a luz.

A cada dia explicarei uma das quatro forças fundamentais.

FORÇA NUCLEAR FRACA

A força nuclear fraca é representada pelo decaimento radioativo e é responsável pela chamada radioatividade beta, descoberta por Marie Curie (1867-1934), na qual um nêutron dentro do núcleo atômico se transforma em um próton , criando, ao mesmo tempo, um elétron e uma outra partícula conhecida como antineutrino, ambas lançadas para fora do núcleo.

Ao contrário da força nuclear forte, também afeta os léptons (partículas quânticas que formam os elétrons, múons, taus e neutrinos).

Em 1968, Sheldon Glashow, Abdus Salam e Steven Weinberg unificaram a força eletromagnética e a interação fraca, mostrando-as como dois aspectos de uma única força, agora chamado de força eletro-fraca. Essa interação desempenha um papel fundamental na produção de energia pelo Sol.

No Modelo Padrão da física de partículas a interação fraca é causada pela emissão ou absorção de bósons W e Z . Bósons W e Z são muito mais pesados ​​e lentos do que os prótons ou nêutrons: o bóson Z chega a ser mais de 22 mil vezes mais massivo que um quark Up.  Isso faz com que  a força fraca tenha um alcance muito curto. A interação nuclear fraca é denominada força fraca porque a sua intensidade de campo ao longo de uma determinada distância é normalmente várias ordens de grandeza menor do que a da força nuclear forte e eletromagnetismo nuclear.

A interação fraca é responsável tanto pela desintegração radioativa e fusão nuclear de partículas subatômicas. A maioria dos férmions irá decair por uma interação fraca ao longo do tempo. Exemplos importantes incluem decaimento beta, e a produção de deutério e hélio a partir de hidrogênio que alimenta processo termonuclear do sol. Tal decadência também faz a datação por radiocarbono possível, como carbono-14 decai através da interação fraca para nitrogênio- 14. Ele também pode criar radioluminescência , comumente usado em iluminação de trítio.

Bósons W-Z

Os Bósons W e Z são os bósons mediadores da força nuclear fraca, e se diferem apenas pela carga de atuação: os bósons W atuam como mediadores em interações fracas de partículas carregadas, sendo W+ para as partículas carregadas negativamente ou W- para as partículas carregadas positivamente. Constituindo, assim as chamadas correntes carregadas; os bósons Z são neutros e, portanto, atuam em interações fracas de partículas de carga nula. Constituem correntes neutras.

Fonte: www.infoescola.com

             cienciaetecnologias.com

Forças Fundamentais da Natureza - Gravidade

Os fenômenos do mundo material são descritos introduzindo-se uma variedade de forças diferentes como a força peso, a força de atrito entre superfícies secas, a força de viscosidade, a força normal, as forças elásticas de deformação dos corpos e a força eletrostática (coulombiana), só para citar alguns exemplos. Contudo, descrevendo-se os fenômenos em termos de seus componentes microscópicos básicos e suas interações mútuas, aquela variedade de forças pode ser compreendida em termos de apenas quatro interações fundamentais: a gravitacional, a nuclear fraca, a eletromagnética e a nuclear forte.

Antes do Big Bang, o Universo era uma singularidade infinitesimalmente pequena, onde estas 4 forças estavam confinadas em um único ponto. Logo após o Big Bang, a gravidade foi a primeira que separou-se das demais forças e assim por diante. As leis de Einstein ainda não tinham sido aplicáveis, então o Universo se expandiu mais rápido que a luz.

A cada dia explicarei uma das quatro forças fundamentais.

FORÇA GRAVITACIONAL

A Gravidade é tida como a mais fraca das interações, mas esta é a interação que tem o mais longo alcance. É uma força de atração que, diferente de outras interações, atua entre absolutamente todas as partículas no universo. Devido ao seu longo alcance, e da propriedade de depender somente da massa dos objetos e independente de sua carga etc., a maioria das interações entre objetos separados por escala de distância maiores que de um planeta, por exemplo, são predominantemente devidas à gravidade. 

É sempre atrativa, nunca repulsiva. Esta força junta a matéria, é responsável por você ter peso, por maçãs caírem das árvores, por manter a Lua na sua órbita à volta da Terra, os planetas confinados nas suas órbitas à volta do Sol, e por segurar galáxias em grupos.

A gravidade é responsável por fenômenos de larga-escala como galáxias, buracos negros e a hipotética expansão do universo, como também os mais elementares fenômenos astronômicos como a órbita dos planetas. Na experiência cotidiana, a interação gravitacional aparece como o peso dos corpos e a queda de objetos.

A gravidade também é responsável pelas marés, pois, embora muito maior que a Lua, o Sol tem menor efeito sobre as marés, em virtude de sua distância à Terra ser muito grande. A elevação das águas, contudo, é muito mais acentuada quando os três corpos estão alinhados, o que é verificado duas vezes por mês: na Lua Cheia e Lua Nova. São as chamadas marés vivas. Quando o Sol, a Lua e a Terra estão dispostos em ângulo reto (sendo a Terra o vértice), a variação das marés é menor. São as marés mortas.

A interação entre dois corpos de massas M e m separadas por uma distância r, foi estudada por Isaac Newton e expressa em forma de equação pela primeira vez em 1687 como sendo dada pela força F:

onde G é denominada constante da gravitação universal, e acredita-se que seja a mesma em qualquer parte do Universo. Assim percebemos que a intensidade desta força decai com o inverso do quadrado da distância entre um corpo e outros.

Sua generalização relativística é a teoria da Gravitação de Einstein, também chamada de Teoria da Relatividade Geral de Einstein, segundo a qual o fenômeno é uma consequência da curvatura espaço-tempo que regula o movimento de objetos inertes.

Fonte: cienciaxreligiao.blogspot.com.br
             www.misteriosdouniverso.net