Las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza son en realidad las cuatro formas en que la materia interactúa en el universo. La gravedad, la más débil de las cuatro, está presente en la vida cotidiana de las personas, pero paradójicamente parece bastante fuerte. La fuerza electromagnética hace funcionar nuestras máquinas eléctricas, Internet y teléfonos inteligentes. Las otras dos fuerzas, la fuerza nuclear fuerte y la débil, operan a nivel atómico e influyen en partículas elementales como protones y electrones. Estas cuatro fuerzas son la razón por la que el mundo existe como existe, y cada fuerza tiene propiedades y características únicas.
TL; DR (demasiado largo; No leí)
Las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza, de más fuerte a más débil, son la fuerza nuclear fuerte, la fuerza electromagnética, la fuerza nuclear débil y la gravedad.
Conceptos básicos de la fuerza fundamental
Cuando interactúan objetos inanimados o partículas elementales, las fuerzas fundamentales influyen en su comportamiento. Por ejemplo, los planetas orbitan alrededor del sol debido a la fuerza gravitacional. Los rayos caen porque los electrones saltan entre las nubes y el suelo debido a la fuerza electromagnética. Los átomos permanecen juntos debido a la fuerza nuclear fuerte y la radiación natural es causada por la fuerza nuclear débil.
Estas fuerzas tienen dos características principales en común. Tienen fuerza y actúan a cierta distancia. Más allá de eso, cada uno es único y actúa sobre la materia de formas completamente diferentes.
La fuerza nuclear fuerte
La más poderosa de las cuatro fuerzas es la fuerza nuclear fuerte, que tiene que superar la fuerza número dos, el electromagnetismo, en el núcleo atómico. Los núcleos están formados por protones y neutrones, y los protones se repelen entre sí debido a sus cargas positivas. La fuerte fuerza nuclear supera esta repulsión y mantiene a los protones juntos en el núcleo.
Para poder comparar la fuerza de las fuerzas fundamentales, los científicos a menudo usan la fuerza nuclear fuerte como base y le asignan un valor de 1. La fuerza de cada una de las otras fuerzas, que son más débiles, se da como una fracción de esta fuerza. Si bien es la fuerza más poderosa, la fuerza nuclear fuerte no actúa a distancia. Está confinado al núcleo de un átomo y solo tiene un rango de aproximadamente el radio de un núcleo promedio.
La fuerza electromagnética
La fuerza electromagnética actúa sobre partículas cargadas y es la interacción clave en todo lo que tenga que ver con la electricidad. Debido a que la mayoría de la materia tiene un equilibrio de partículas cargadas, los objetos grandes tienden a ser neutrales y la fuerza no tiene ningún efecto sobre ellos. Cuando los objetos se cargan, como en motores eléctricos, en baterías o con electricidad estática, las cargas similares se repelen y las cargas desiguales se atraen. Los electrones son los portadores de carga negativa y son atraídos por los protones, que tienen una carga positiva. Cuando las cargas se mueven, crean campos magnéticos que tienen polos norte y sur. Al igual que con las cargas, dos polos iguales se repelen y los polos diferentes se atraen.
La fuerza electromagnética es un poco menos de una centésima parte de la fuerza nuclear fuerte, pero puede actuar a distancia. Si bien se debilita cuando los objetos cargados están más separados, la atracción y la repulsión continúan teóricamente hasta el infinito. Sin embargo, a grandes distancias los efectos son mínimos y pueden ser insignificantes.
La débil fuerza nuclear
Mientras que la fuerza nuclear fuerte actúa solo sobre partículas en el núcleo, la fuerza nuclear débil actúa sobre muchas partículas elementales y es responsable de la radiación natural. Gobierna la forma en que los elementos se descomponen naturalmente con el tiempo, y cuando los átomos ya no se mantienen juntos, las partículas como los electrones se expulsan en forma de radiación. Como resultado, la fuerza nuclear débil influye en cómo tienen lugar la fisión nuclear y la fusión nuclear.
La fuerza débil es menos de una millonésima parte de la fuerza nuclear fuerte y actúa sólo a distancias muy cortas. Si bien puede atraer y repeler partículas, su rango de funcionamiento es tan limitado que en realidad no actúa como las otras fuerzas, que tiran o empujan a una distancia. La fuerza nuclear débil es más como un pegamento o grasa, activa solo en una capa delgada entre partículas elementales.
La fuerza gravitacional
La gravedad actúa como una fuerza de atracción entre dos objetos que tienen masa. La fuerza de la gravedad depende de la masa de los objetos. En la vida cotidiana, la fuerza de gravedad entre la tierra y objetos como un automóvil es el peso del automóvil. La fuerza de gravedad es directamente proporcional a la masa de los objetos. Por ejemplo, 2 litros de leche pesan el doble que 1 litro.
La gravedad es la fuerza más débil y es menos de una millonésima de millonésima de la fuerza de la fuerza nuclear fuerte. Aunque son muy débiles a nivel atómico, los objetos cotidianos tienen tanta masa que la fuerza de la gravedad se vuelve bastante fuerte. Para incluso más masa, como en planetas y estrellas, la fuerza de gravedad es lo suficientemente fuerte como para mantenerlos en órbita. La gravedad es como la fuerza electromagnética en el sentido de que actúa a distancia, teóricamente hasta el infinito. Esto se vuelve importante para masas enormes como las galaxias que atraen a otras galaxias incluso cuando están muy separadas.
Otras fuerzas
Es fácil imaginar otras fuerzas activas en la naturaleza, como el viento, una explosión o la fuerza de un motor a reacción. Todas estas son fuerzas secundarias que dependen de las fuerzas fundamentales para su acción. Por ejemplo, el viento sopla porque el clima implica que el aire caliente sube y el aire frío desciende, siendo el aire frío más pesado debido a la gravedad. El viento tiene fuerza porque las moléculas del aire se mantienen unidas por las fuerzas fundamentales, lo que les permite ejercer un empujón. De hecho, las cuatro fuerzas fundamentales están detrás de todas las experiencias de los seres vivos.