De fire grundlæggende naturkræfter er virkelig de fire måder, hvorpå materie interagerer i universet. Tyngdekraften, den svageste af de fire, er til stede i folks hverdag, men synes paradoksalt nok ganske stærk. Den elektromagnetiske kraft kører vores elektriske maskiner, Internettet og smartphones. De to andre kræfter, de stærke og de svage atomkræfter, fungerer på atomniveau og påvirker elementære partikler som protoner og elektroner. Disse fire kræfter er grunden til, at verden eksisterer, som den gør, hvor hver kraft har unikke egenskaber og egenskaber.
TL; DR (for lang; Har ikke læst)
De fire grundlæggende naturkræfter, stærkeste til svageste, er den stærke atomkraft, den elektromagnetiske kraft, den svage kernekraft og tyngdekraften.
Fundamental Force Basics
Når livløse objekter eller elementære partikler interagerer, påvirker de grundlæggende kræfter deres adfærd. F.eks. Kredser planeter rundt om solen på grund af tyngdekraften. Lyn rammer, fordi elektroner hopper mellem skyer og jorden på grund af den elektromagnetiske kraft. Atomer forbliver sammen på grund af den stærke atomkraft, og naturlig stråling er forårsaget af den svage atomkraft.
Disse kræfter har to hovedkarakteristika til fælles. De har styrke, og de handler over en vis afstand. Ud over det er de hver især unikke og handler på sagen på helt forskellige måder.
Den stærke atomkraft
Den mest magtfulde af de fire kræfter er den stærke atomkraft, som er nødt til at overvinde nummer to kraft, elektromagnetisme, i atomkernen. Kerner består af protoner og neutroner, hvor protonerne frastøder hinanden på grund af deres positive ladninger. Den stærke atomkraft overvinder denne frastødning og holder protonerne tæt sammen i kernen.
For at kunne sammenligne styrken af de grundlæggende kræfter bruger forskere ofte den stærke atomkraft som basis og tildeler den en værdi på 1. Styrken af hver af de andre kræfter, som er svagere, gives som en brøkdel af denne styrke. Selvom det er den mest magtfulde styrke, handler den stærke atomkraft ikke på afstand. Det er begrænset til kernen i et atom og har kun et område på omtrent radius af en gennemsnitlig kerne.
Den elektromagnetiske kraft
Den elektromagnetiske kraft virker på ladede partikler og er nøgleinteraktionen i noget, der har med elektricitet at gøre. Fordi de fleste stoffer har en balance mellem ladede partikler, har store genstande en tendens til at være neutrale, og kraften har ingen effekt på dem. Når genstande oplades, f.eks. I elektriske motorer, i batterier eller med statisk elektricitet, som ladninger frastøder og i modsætning til ladninger tiltrækker. Elektroner er bærere med negativ ladning og tiltrækkes af protoner, som har en positiv ladning. Når ladninger bevæger sig, skaber de magnetfelter, der har nord- og sydpol. Som med ladninger frastøder to lignende poler, og forskellige poler tiltrækker.
Den elektromagnetiske kraft er lige under en hundrededel af styrken af den stærke atomkraft, men den kan virke på afstand. Mens det bliver svagere, når de ladede genstande er længere fra hinanden, fortsætter tiltrækningen og frastøtning teoretisk til uendelig. På store afstande er virkningerne dog små og kan være ubetydelige.
Den svage kernekraft
Mens den stærke atomkraft kun virker på partikler i kernen, virker den svage kernekraft på mange elementære partikler og er ansvarlig for naturlig stråling. Det styrer, hvordan elementer nedbrydes naturligt over tid, og når atomer ikke længere holdes sammen, udstødes partikler som elektroner i form af stråling. Som et resultat påvirker den svage atomstyrke, hvordan nuklear fission og nuklear fusion finder sted.
Den svage styrke er mindre end en milliontedel så stærk som den stærke atomkraft, og den handler kun meget korte afstande. Mens det kan tiltrække og frastøde partikler, er dets rækkevidde så begrænset, at det ikke rigtig fungerer som de andre kræfter, der trækker eller skubber over en afstand. Den svage atomkraft er mere som en lim eller fedt, kun aktiv i et tyndt lag mellem elementære partikler.
Gravitationsstyrken
Tyngdekraften fungerer som en tiltrækkende kraft mellem to objekter, der har masse. Tyngdekraften afhænger af genstandens masse. I hverdagen er tyngdekraften mellem jorden og genstande som en bil bilens vægt. Tyngdekraften er direkte proportional med genstandens masse. For eksempel vejer 2 liter mælk dobbelt så meget som 1 liter.
Tyngdekraften er den svageste kraft og er mindre end en milliontedel af en milliontedel styrken af den stærke atomkraft. Selvom de er meget svage på atomniveau, har hverdagsgenstande så meget masse, at tyngdekraften bliver ret stærk. For endnu mere masse, såsom i planeter og stjerner, er tyngdekraften stærk nok til at holde dem i kredsløb. Tyngdekraften er som den elektromagnetiske kraft, idet den virker på afstand, teoretisk ud til uendelig. Dette bliver vigtigt for enorme masser som galakser, der tiltrækker andre galakser, selv når de er meget langt fra hinanden.
Andre styrker
Det er let at forestille sig andre kræfter, der er aktive i naturen, såsom vinden, en eksplosion eller kraften fra en jetmotor. Disse er alle sekundære kræfter, der er afhængige af de grundlæggende kræfter for deres handling. For eksempel blæser vinden, fordi vejret indebærer, at varm luft stiger og kold luft falder, hvor den kolde luft er tungere på grund af tyngdekraften. Vinden har kraft, fordi luftmolekylerne holdes sammen af de grundlæggende kræfter, så de kan udøve et skub. Faktisk er de fire grundlæggende kræfter bag alt, hvad levende væsener oplever.