Fuerzas Fisicas En La Naturaleza

El rincón de la Ciencia

ISSN: 1579-1149

nº 57, enero 2011

FUERZAS FUNDAMENTALES EN LA NATURALEZA
(rc-132)

J. A. Montiel Tosso. IES Séneca (Córdoba)

En el número 55 de esta revista se ha iniciado una serie de artículos acerca de la constitución del núcleo atómico, comenzando por una revisión de los principales modelos nucleares y por el concepto y el significado de la energía deenlace nuclear (CONSULTAR “EL NÚCLEO ATÓMICO”). A continuación nos detendremos en la descripción de las fuerzas fundamentales, que son las responsables de mantener unidas a las partículas integrantes de los núcleos atómicos. Denominamos fuerzas fundamentales a aquellas fuerzas de la naturaleza que no se pueden explicar en función de otras más básicas y que rigen los procesos en el mundo subatómico.Las fuerzas o interacciones fundamentales descubiertas hasta ahora son cuatro: gravitatoria, electromagnética, nuclear fuerte y nuclear débil. Las dos primeras se conocen desde hace mucho tiempo, sin embargo, las nucleares son de reciente descubrimiento, hace apenas un siglo. Puesto que son fuerzas que afectan a las partículas elementales, su estudio necesita de los aceleradores de alta energía,cuyo desarrollo viene marcando los hallazgos experimentales y los avances teóricos subsiguientes. Seguidamente estudiaremos estos cuatro tipos de interacciones básicas o fuerzas fundamentales de la naturaleza y las teorías que intentan explicar el origen de las mismas. INTERACCIÓN GRAVITATORIA Es la fuerza de atracción que una porción de materia ejerce sobre otra, y afecta a todos los cuerpos. Suintensidad 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. Su importancia reside en que siempre es atractiva y, por tanto, se acumula, aumentando con el número de partículas en juego. De este modo, lagravitación es la fuerza preponderante 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...) y regula sus movimientos. Podemos afirmar que es la fuerza que mantiene el orden y el equilibrio en el universo y la que provoca, al mismo tiempo, lacolisión entre galaxias vecinas y la creación de nuevas estrellas. El rincón de la Ciencia, nº 57. ISSN: 1579-1149 Página 1

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 generalde 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. Con todo, Einstein propone una teoría clásica, ya que no introduce los conceptos cuánticos que describen el mundo microscópico. Losintentos 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. INTERACCIÓN ELECTROMAGNÉTICA Lafuerza electromagnética afecta exclusivamente a los cuerpos con carga eléctrica y es la responsable de las transformaciones físicas y químicas de átomos y moléculas, donde une a los electrones y los núcleos. Es mucho más intensa que la fuerza gravitatoria y su alcance es también infinito. Sin embargo, no es acumulativa como la gravitación, pues, según el tipo de cargas presentes, las interacciones...