Forças Fundamentais
Lidamos regularmente com as forças naturais em nossa vida diária, sem nunca pensar nisso. É uma força que faz com que a água escorra morro abaixo e uma força que mantém os ímãs presos na sua geladeira. Todas as forças podem ser divididas em pelo menos um dos quatro tipos diferentes. Chamamos as quatro forças mais básicas que todas as outras podem ser decompostas nas quatro forças fundamentais da natureza . Essas quatro forças consistem na força gravitacional, força eletromagnética, força forte e força fraca. Nesta lição, examinaremos essas quatro forças e veremos como elas afetam o mundo ao nosso redor.
Força gravitacional
Quando você pensa em gravidade, provavelmente está acostumado a pensar em grande escala. Você sabe que a gravidade do Sol é o que mantém os planetas girando em torno dele, e é a gravidade da Terra que o mantém preso na superfície do planeta. Parece óbvio que esses objetos enormes em escala galáctica têm a gravidade associada a eles, mas e as coisas pequenas? Uma bola de gude tem uma força gravitacional associada a ela?
Você pode pensar: '' Claro que sim. A bola de gude cai no chão quando eu a deixo cair. ”“ É a gravidade em ação. Pois é, mas não é a força gravitacional emitida pelo mármore. Essa é a força gravitacional emitida pela Terra. A questão é: o mármore exerce sua própria força gravitacional na Terra? O mármore tenta atrair a terra em sua direção? A resposta é sim.
A força gravitacional é a força atrativa entre todos os objetos com massa. Assim, mesmo uma bola de gude exerce sua própria força gravitacional; no entanto, a força gravitacional é uma força extremamente fraca. É a mais fraca das quatro forças fundamentais. Portanto, é necessário um objeto astronomicamente grande para começarmos a notar os efeitos da gravidade com nossos próprios olhos. A força gravitacional da bola de gude é tão fraca que você nunca verá nada atraído por ela.
Força Eletromagnética
Outra força fundamental com a qual você deve estar familiarizado é a força eletromagnética . É a segunda mais forte das quatro forças fundamentais e nos diz que sempre existe uma força entre objetos com carga elétrica. Você mesmo pode ver essa força segurando duas barras magnéticas juntas. Se você segurar as duas extremidades norte ou sul juntas, você sentirá os ímãs se repelindo, e se você segurar uma extremidade norte a sul, você sentirá os ímãs se atraindo. Uma extremidade da barra magnética está carregada positivamente e a outra negativamente. As cargas opostas se atraem e como as semelhantes repelem.
Você experimenta a força eletromagnética em todo o lugar sem perceber, graças aos elétrons carregados negativamente. Toda a matéria é feita de átomos, e os átomos consistem em um núcleo rodeado por uma nuvem de elétrons. Sempre que os objetos entram em contato uns com os outros, o que realmente está acontecendo é que os elétrons de um objeto repelem os elétrons do outro. Isso significa que os átomos nunca se tocam. Mesmo os ímãs que estão se atraindo apenas se aproximam antes que os elétrons em seus átomos os repelam o suficiente para impedi-los de se tocar.
No momento, os átomos do seu corpo não estão realmente tocando os átomos da cadeira em que você está sentado. Este princípio se estende a todas as forças de contato também. Quando, por exemplo, você chuta uma bola ou empurra um carrinho de supermercado, a força que você cria é possível graças à força eletromagnética entre os elétrons em você e aquele objeto.
Força Forte
Ao contrário das forças gravitacionais e eletromagnéticas, a força forte não vem com um exemplo óbvio de sua ação. Isso se deve ao intervalo sobre o qual a força está ativa. Enquanto as forças gravitacionais e eletromagnéticas têm alcance infinito, a força forte só funciona em um alcance de 10 a 15 metros. Portanto, apenas objetos incrivelmente minúsculos experimentam qualquer efeito perceptível da força forte.
Para entender o que a força forte faz, precisamos olhar para o núcleo de um átomo. Um núcleo consiste em uma coleção de prótons carregados positivamente e nêutrons não carregados. Pela força eletromagnética, sabemos que cargas semelhantes se repelem. Uma vez que não há carga negativa em um núcleo, os prótons carregados positivamente não deveriam repelir e quebrar o núcleo?
A força forte é a força que mantém unido o núcleo do átomo. É também a força que une as menores partículas conhecidas, quarks, para formar nêutrons e prótons. Sem a força forte, os elementos atômicos não seriam capazes de se formar. Isso significaria que nenhum animal vivo, planta ou mesmo estrelas existiriam. A força forte é apropriadamente nomeada, pois é a mais forte de todas as forças nesta pequena escala. Ele supera a força eletromagnética que tenta separar o núcleo e mantê-lo unido.
Força Fraca
Apesar do nome, a força fraca não é realmente a mais fraca das quatro forças fundamentais. Ele vem como o segundo mais fraco acima da força gravitacional. Embora não seja a força mais fraca, tem o menor alcance de todas as forças fundamentais da natureza: 10 -18 metros para ser exato. Mesmo que seu alcance seja minúsculo, os efeitos da força fraca podem ser grandes. Na verdade, nenhuma vida na Terra existiria sem a força fraca.
A força fraca é a força repulsiva responsável por alguns tipos de decadência nuclear, incluindo decadência beta. Dois tipos de interação podem ocorrer quando um átomo sofre decadência beta. Ou um nêutron se transforma em próton e ejeta um elétron e um antineutrino do núcleo, ou um próton se transforma em um nêutron e ejeta um pósitron e um neutrino do núcleo. Então você deve estar se perguntando o que isso tem a ver com a vida na Terra. Acontece que o decaimento beta criado pela força fraca é necessário para que a fusão nuclear ocorra no sol. Sem a força fraca, o Sol não queimaria e não teríamos o calor necessário para sustentar a vida na Terra.
Resumo da lição
Em nosso mundo, há forças agindo ao nosso redor todos os dias. As quatro forças mais básicas nas quais todas as outras podem ser decompostas são chamadas de quatro forças fundamentais da natureza .
A força gravitacional é a força atrativa entre todos os objetos com massa. Embora todo objeto, não importa o tamanho, tenha uma força gravitacional associada a ele, por ser uma força muito fraca, só percebemos isso com objetos massivos como luas e planetas. A força eletromagnética é a força que existe entre todos os objetos com carga. Isso tem efeitos óbvios em objetos como ímãs e efeitos menos óbvios, como forças de contato.
A força forte é a força que mantém unido o núcleo do átomo. Mesmo que essa força só tenha efeitos perceptíveis na faixa de 10 a 15 metros, nada tangível em nosso universo poderia existir sem ela, já que os átomos que constituem toda a matéria não existiriam. Finalmente, a força fraca é a força repulsiva responsável por alguns tipos de decadência nuclear, incluindo decaimento beta. A força fraca tem um alcance de 10 a 18 metros e é necessária para a fusão nuclear que abastece nosso sol.
Resultados de Aprendizagem
Esta lição deve ensinar você a:
- Identifique e defina as quatro forças fundamentais da natureza
- Liste as quatro forças fundamentais da natureza, da mais forte à mais fraca
- Explique os efeitos de cada uma das quatro forças fundamentais da natureza