Area: Ciencia Tecnología y Ambiente Grado : Quinto

LICENCIADO: BERTY ALBERTO FLORES CAJAYANCO

TEMA: FUERZAS EN LA NATURALEZA

A R E Q U I P A – P E R Ú

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FUERZAS EN LA NATURALEZA¿QUÉ ES FUERZA?- La fuerza es una magnitud física de carácter vectorial capaz de deformar los

cuerpos (efecto estático), modificar su velocidad o vencer su inercia y ponerlos en movimiento si estaban inmóviles (efecto dinámico).

- En este sentido la fuerza puede definirse como toda acción o influencia capaz de modificar el estado de movimiento o de reposo de un cuerpo (imprimiéndole una aceleración que modifica el módulo o la dirección de su velocidad) o bien de deformarlo.

Unidad de fuerza:. Sistema Internacional de Medidas (SI) : es el newton (N) (en honor al gran científico inglés Sir Isaac Newton) Sistema Técnico de Unidades kilogramo-fuerza (kgf) o kilopondio (kp) 1 kilogramo-fuerza = 9,806 65 newtons

¿CUÁLES SON LAS FUERZAS EN LA NATURALEZA?1 . Fuerza o

Interacción Gravitatoria

2 . Fuerza o Interacción Electromagnética

3. Fuerza o Interacción Nuclear Fuerte

4. Fuerza o Interacción Nuclear Débil

1 . Fuerza o Interacción Gravitatoria

- Según la hipótesis del modelo estándar, la interacción gravitatoria, gravitación o fuerza de la gravedad, es transmitida por el gravitón (hipotético).

Ley de la Gravitación Universal: La fuerza gravitacional entre dos cuerpos es directamente proporcional a las masas de los cuerpos e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa.

- En otras palabras, la interacción gravitatoria es una manifestación de la deformación que sufre el espacio-tiempo por la presencia de grandes masas. La teoría newtoniana de la gravitación es una aproximación no-relativista a la interacción gravitatoria.

- Gracias a ella se pueden explicar fenómenos como la caída de los cuerpos o el movimiento de los planetas, satélites, estrellas, cometas, etc.

- La Gravitación: tiene lugar entre cuerpos dotados de masa. (es la más general de las fuerzas, pues su influencia afecta incluso a la luz). El comportamiento del universo viene descrito por esta fuerza. Es la más débil de las 4. Su alcance, en teoría, es infinito; es de carácter atractivo.

2 . Fuerza o Interacción Electromagnética

- Estos van desde el rayo láser y la radio, a la estructura atómica y a fenómenos tales como la fricción y el arco iris.

- El electromagnetismo es la interacción que actúa entre partículas con carga eléctrica. Este fenómeno 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. es la fuerza involucrada en las transformaciones físicas y químicas de átomos y moléculas.- Es mucho más intensa que la fuerza gravitatoria, puede tener dos sentidos (atractivo y repulsivo) y su alcance es infinito y como es mucho más fuerte que la gravedad describe casi todos los fenómenos de nuestra experiencia cotidiana.

3. Fuerza o Interacción Nuclear Fuerte

- La interacción fuerte, también conocida como interacción nuclear fuerte, es la interacción que permite unirse a los quarks para formar hadrones. Ahora sabemos 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. Sólo se le aprecia a muy cortas distancias tales como el radio atómico. - Según el modelo estándar, la partícula mediadora de esta fuerza es el gluón.

Es la responsable de la estabilidad de los núcleos. En los núcleos atómicos hay partículas con carga positiva (protones) y sin carga (neutrones). Si no existiera esta fuerza, los protones por tener igual carga se repelen y harían estallar el núcleo. Esta fuerza es más potente que la repulsión eléctrica (es la más potente de las cuatro fuerzas) y actúa en la interacción protón - protón; protón con neutrón; y neutrón con neutrón. Su alcance es muy corto, del orden del radio atómico; es decir que para distancias mayores a 10^-15m (aproximadamente) esta fuerza ya no actúa.

4. Fuerza o Interacción Nuclear Débil

- La interacción débil, también conocida como interacción nuclear débil, se acopla a un tipo de carga llamada sabor, que la poseen los quarks y los leptones. La fuerza o interacción nuclear débil es la responsable de la desintegración beta de los neutrones; los neutrinos son sensibles únicamente a este tipo de interacción (aparte de la gravitatoria, que afecta a todos los cuerpos).

- Al igual que la interacción fuerte y la gravitatoria es esta una interacción únicamente atractiva.

- Su intensidad es menor que la intensidad de la electromagnética y su alcance es menor que el de la interacción fuerte.

- Se la llama así por razones históricas, pero en realidad no es una fuerza que "una" o "separe" algo, es la interacción responsable de la desintegración beta de los núcleos. Cuando un neutrón está en un núcleo atómico, es relativamente estable; pero si se lo saca del núcleo se desintegra al cabo de unos 15 minutos generando protón, electrón, antineutrino electrónico y radiación de alta frecuencia. (en otro esquema de desintegración permitido por las leyes de conservación puede generar antiprotón, positrón y neutrino electrónico).

LAS PARTÍCULAS ELEMENTALES

¿QUÉ SON LAS PARTÍCULAS ELEMENTALES?

- Todo lo que existe en el universo, desde un palillo hasta una galaxia, está hecho de materia que se puede descomponer en partículas elementales y que interactúan por medio de las 4 fuerzas fundamentales. Los físicos han identificado 12 partículas elementales y 4 interacciones como los elementos básicos a partir de los cuales se puede construir todo el universo, incluyendo sistemas tan complejos como los seres vivos

- Las partículas elementales son los objetos más simples que se pueden concebir. En general no tienen partes ni se pueden dividir en componentes más sencillas, sin embargo los experimentos de colisiones de partículas a muy altas energías han revelado que algunas partículas que se creían simples en realidad son compuestas (por ejemplo un protón esta hecho de quarks).

Se ha observado la existencia de partículas elementales hechas de antimateria. Estas partículas son idénticas a sus correspondientes partículas excepto que tienen carga eléctrica (y propiedades magnéticas) de signo opuesto. Cuando una partícula de materia se encuentra con su correspondiente partícula de antimateria, éstas se aniquilan y su masa en reposo se convierte en energía en forma de fotones..

ANTIMATERIA :

¿CUÁLES SON LAS PARTÍCULAS ELEMENTALES?

Dependiendo del tipo de interacciones que pueden tener, las partículas se clasifican en dos grandes grupos:

FUERZA PARTÍCULA MEDIADORA

Electromagnética Fotón

Nuclear Fuerte Gluón

Nuclear Débil W, Z

Gravedad (gravitón?)

QUARKS LEPTONES

U Electrón

D Neutrino electrón

S Muón

C Neutrino muón

B Tau

T Neutrino tau

Partículas Portadoras de Fuerzas.

Particulas Elementales de Materia Quarks y Leptones.

PARTÍCULAS ELEMENTALES DE MATERIA

- Por medio de experimentos de colisiones entre partículas elementales se ha podido determinar que el protón y el neutrón no son partículas simples (sin partes). Por el contrario, dentro del protón hay partes con sus propiedades individuales que se suman para formar las características visibles del protón. Estas partes que forman al protón se llaman quarks.

- Los quarks son partículas elementales, que no solamente forman al protón, sino a toda una serie de familias de otras partículas. Combinaciones de tres quarks forman los bariones (como el protón) y combinaciones de un quark y un anti-quark forman la famila de los mesones. Los quarks sienten la fuerza nuclear fuerte, pero no se encuentran libres en la naturaleza. Siempre están en estados ligados con otros quarks ya sea en un barión o en un mesón.

Quarks:

Son los Quarks y Leptónes.

Electrón :Descubierto en 1897 por el físico inglés J. J. Thomson (1856 - 1940). Los electrones son partícula con carga eléctrica negativa que dan origen a la electricidad cuando fluyen en un conductor. El electrón pertenece a la familia de los leptones

Según el modelo estándar las partículas elementales han sido agrupadas en dos grandes familias: los quarks y los leptones. Los leptones son partículas muy ligeras que siempre interactúan por medio de la fuerza nuclear débil y si tienen carga también sienten la interacción electromagnética, pero nunca sienten la interacción nuclear fuerte. Ejemplos de los leptones son: el electrón, el muón, el tau y el neutrino.

LEPTONES:

Neutrino En italiano la palabra neutrino significa el 'neutro pequeñito', lo cual era justamente lo que el físico Enrico Fermi queria denotar. Un neutrino es una partícula de masa nula (o muy cercana a nula) que no tiene carga y no siente la fuerza nuclear fuerte. Fue propuesto por Wolfgang Pauli en 1930 y descubierto en 1956 por Fred Reines y Clyde Cowan. En el universo hay muchos neutrinos (250 en cada centímetro cuadrado del cosmos), pero como éstos no sienten la fuerza nuclear fuerte ni la fuerza electromagnética, es muy difícil detectarlos. En el tiempo que usted demora en leer esta frase, millones de neutrinos han atravezado su cuerpo a la velocidad de la luz. Estas partículas pueden constituir gran parte de la materia oscura del universo.

Neutrón Se encuentra normalmente, como el protón, en los núcleos atómicos. El neutrón no tiene carga eléctrica, está hecho de tres quarks y no es una partícula estable en general. Cuando se encuentra libre, fuera del núcleo, ésta decae en un protón, un positrón y un neutrino. Fue descubierto por el físico inglés James Chadwick en 1932. La masa del neutrón es ligeramente mayor que la del protón.

Positrón Es la anti-partícula del electrón. Es decir tiene la misma masa del electrón, pero su carga es de signo contrario (+) y cuando se encuentra con en electrón, este par se aniquila convirtiendo toda su masa en energía en forma de radiación (fotones). Fue descubierto en experimentos de rayos cósmicos por Carl Anderson en 1932.

Protón Es una partícula de carga eléctrica igual a la del electrón pero positiva y con una masa 1800 veces mayor a la del electrón. Un protón está formado por tres quarks y se encuentra normalmente dentro de núcleos atómicos. En ambientes de muy alta energía como en el Sol, los protones se encuentran libres.

PARTÍCULAS PORTADORAS DE FUERZAGRAVITÓN

Es la partícula portadora de la interacción gravitacional (Hipotética) El gravitón es una partícula elemental hipotética de tipo bosónico que sería la transmisora de la interacción gravitatoria en la mayoría de los modelos de gravedad cuántica.De acuerdo con las propiedades del campo gravitatorio, el gravitón debe ser un bosón de espín par (2 en este caso), ya que está asociado a un campo clásico tensorial de segundo orden.

BOSONES W y Z:Los bosones W y Z son las partículas mediadoras de la interacción nuclear débil, una de las cuatro interacciones fundamentales de la naturaleza. Son tres tipos de partículas fundamentales muy masivas que se encargan en general de cambiar el sabor de otras partículas, los leptones y los quarks.Existen dos tipos de bosones W: uno con carga eléctrica positiva igual a la carga elemental y el otro con la misma carga pero negativa. Se simbolizan W+ y W− y ambos son respectivamente antipartículas del otro. El bosón Z es eléctricamente neutro, y es su propia antipartícula.El bosón W recibe ése nombre de la palabra inglesa 'weak', por la interacción débil a la que caracteriza. El bosón Z puede haber recibido ése nombre por ser el último de los tres en descubrirse, o tal vez por tener carga eléctrica 'zero'. En español también se suelen conocer como 'bosones intermedios‘.

GLUÓN Es la partícula portadora de la interacción nuclear fuerte. El gluon (de la voz inglesa glue 'pegamento', derivada a su vez del latín glūten a través del francés gluer 'pegar') es el bosón portador de la interacción nuclear fuerte, una de las cuatro fuerzas fundamentales. No posee masa ni carga eléctrica, pero sí carga de color, por lo que además de transmitir la interacción fuerte también la sufre.-Al igual que el fotón, el gluon es un bosón sin masa, con espín 1. Como los quarks, los gluones tienen carga de color, que depende del cambio de color de los quarks.

FOTÓNEs la partícula portadora de todas las formas de radiación electromagnética, incluyendo a los rayos gamma, los rayos X, la luz ultravioleta, la luz visible (espectro electromagnético), la luz infrarroja, las microondas, y las ondas de radio. El fotón tiene una masa invariante cero, y viaja en el vacío con una velocidad constante c. Como todos los cuantos, el fotón presenta tanto propiedades corpusculares como ondulatorias ("dualidad onda-corpúsculo")

INTERACCIONES Y PARTÍCULAS

TIPO DE FUERZA

(INTERACCIÓN)

INTENSIDAD

(FUERZA RELATIVA

)

DISTANCIA DE

INTERACCIÓN(m)

PARTÍCULAS MEDIADORA

S

PARTÍCULAS SOBRE

LAS QUE ACTÚA

ACCIÓN EFECTOS

Nuclear fuerte (Hideki Yukawa)

Muy Fuerte1

Corta10-15 Gluón

HADRONES:- Mesones (Mesón p) -Bariones (Protón,

neutrón etc.)

Atracción Estructura de los núcleos atómicos

Electromagnética (Charles Ampere- André Coulomb)

Fuerte-Media10-3

LargaHasta el infinito

Fotón

Todas la que tengancarga eléctrica

Atracción o

Repulsión

Estructura de los átomos y enlaces entre átomos.

Nuclear Débil (Enrico Fermi)

Débil10-8

Corta< 10-17 Bosones W y Z

LEPTONES:- Electrón,

Neutrinos, etc.

Repulsión Desintegración radiactiva

Gravitatoria (Isaac Newton)

Débil10-45

LargaHasta el infinito

Graviton(hipotéticos)

Todas las quetengan masa

Atracción Estructura general del Universo

Móleculas

Átomos

Núcleo

Mesones Bariones

Complementariedad

Quark-Lepton

LeptonesQuarks

MATERIA

Hadrones

Teoría del Todo

Gran Teoría Unificada

Teoría

Electrodébil

Cromodinámica

Cuántica

Electrodinámica

Cuántica

Gravedad

Cuántica

Fuerte GravedadDébil Electromagnetismo

PORTADORES DE FUERZA

Gluones GravitonesBosones W y Z Fotones

PARTICULAS ELEMENTALES

Partículas Compuestas Fuerzas