Autor: Ocean. Virginia Sepúlveda Física I - Fac. Ciencias Naturales - Sede Trelew

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Unidad 3: Dinámica de la partícula Mecánica clásica. Las leyes de Newton. Fuerza, peso y masa gravitatoria. Densidad. Interacciones gravitatorias. Las fuerzas de rozamiento. Coeficientes de rozamiento estático y cinético. La dinámica del movimiento circular uniforme. Fuerza centrípeta. Fuerzas inerciales. Fuerzas ficticias. Las interacciones fundamentales en la naturaleza.

“Una inteligencia que en un momento dado conoció todas las fuerzas que animan la naturaleza y la posición respectiva de los seres que la componen, podría condensar en una sola fórmula el movimiento de los cuerpos más grandes del universo y el del último de los átomos. Para tal inteligencia nada sería indeterminado, el pasado y el futuro estarían ante sus ojos.” Pierre Simon, Marqués de Laplace

El espacio-tiempo newtoniano puede considerarse como un "contenedor" en el que se desarrollan todos los procesos en los que participa la materia. Podemos pensar la materia como "contenida" en el Universo newtoniano. Espacio-tiempo y materia son independientes pero inseparables, no es posible el Universo sin ellos. Además del movimiento, existen otros variados procesos, producidos en general, debido a la abundancia de materia en el Universo, distribuida de manera no homogénea, y cada una de las porciones de materia que existe, afectando y siendo afectada por las otras porciones (todas) sin importar dónde se encuentren. Aquí definimos las "interacciones" entre las distintas partes del Universo. Una Interacción es, en sentido amplio, el proceso por el cual una porción de materia afecta a otra y a su vez es afectada por aquella. ¿Qué tipo de influencias pueden ejercerse mutuamente distintas porciones de materia? (Un electrón con un protón, una molécula con otra molécula, el hombre con la tierra, el sol con una planta, etc.) En la interacción termodinámica, los distintos cuerpos llegan a un equilibrio térmico (igual temperatura) después de cierto intervalo temporal. La interacción fundamental asociada a la producción de cambios en los estados de movimiento, es lo que conocemos como "fuerzas", ya sea a escala astronómica como subatómica, rango éste que abarca las interacciones propias de la materia, en un conjunto de fenómenos de numerosas situaciones sujetas a estudio. Desde varios siglos a.C., se intentó explicar con otros modelos, los efectos más evidentes de las interacciones: el peso de los cuerpos, la acción de los imanes naturales, lo que hoy conocemos como electrostática. Una pregunta apuntaba a poder explicar a partir de la idea de fuerza, las propiedades de la materia: la cohesión de los átomos en los metales, la posición de los planetas alrededor del sol, y en la actualidad, con el estudio de las

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partículas subatómicas, cómo se puede explicar que muchos protones puedan mantenerse unidos dentro del núcleo, permitiendo que la materia sea estable. Existe, en nuestros días, un modelo integrado de las interacciones fundamentales. Este modelo permitiría explicar prácticamente todos los fenómenos y procesos que hoy se estudian en Física. Algo para resaltar: la búsqueda de principios integradores (unificadores) en las Ciencias Naturales y en la Física particularmente, es uno de los impulsores de la investigación científica desde los comienzos de la humanidad. Se busca aún, una teoría unificadora "teoría del campo unificado" o "teoría del todo" que explique en forma unificada las cuatro interacciones fundamentales como partes de una interacción básica. Modelo de las interacciones fundamentales Este modelo, propone la existencia de cuatro interacciones de la clase denominada fuerzas, y considera cualquier otra fuerza existente como una combinación de las básicas. Las cuatro interacciones son: *Interacción gravitatoria: es la única que se da entre todas las porciones de materia del Universo sin excepción. Su rango de influencia es por esto desde el ámbito subatómico hasta el astronómico, no tiene límites de acción y no es posible que sea apantallada o bloqueada. Esta interacción explica el peso de los cuerpos, el movimiento de los sistemas planetarios, la dinámica general del Universo. La teoría de la Gravitación Universal de Newton y la teoría de la Relatividad General de Einstein, son las que más han profundizado sobre esta interacción. Alcance infinito. Intensidad del orden de 10-39. *Interacción electromagnética: describe principalmente la influencia entre partículas cargadas eléctricamente. Su rango de influencia es infinito, pero se puede eliminar, apantallar o bloquear. Tiene mayor intensidad que la interacción gravitatoria. Explica la constitución de átomos y moléculas, la fricción, el magnetismo, la estructura de la materia, la interacción de la luz con la materia, las telecomunicaciones. La teoría que más ha profundizado sobre esta interacción es la teoría del campo electromagnético de Maxwell. Intensidad del orden de 10-2. *Interacción nuclear fuerte: es la más intensa, aunque sólo tiene importancia en la estructura interna de las partículas (protones y neutrones), que forman los núcleos atómicos. También llamada fuerza hadrónica, explica la estabilidad de los núcleos y algunos procesos nucleares de alta energía. Alcance 10-15 m. Intensidad del orden de 1. Los protones que comparten el espacio de un núcleo atómico ejercen mutuamente entre sí fuerzas de repulsión electrostática. Sin embargo, los núcleos atómicos son entidades muy estables. De ello se concluye que en la escala nuclear deben existir fuerzas que mantengan la cohesión del núcleo distintas de las conocidas en el mundo macroscópico. Estas fuerzas se denominaron interacciones nucleares fuertes. Hipotéticamente, se estableció que las interacciones nucleares fuertes debían distinguirse por dos características básicas:

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1) Habrían de tener una gran intensidad para superar con creces los efectos de la repulsión electromagnética entre los protones. 2) Su alcance tendría que ser muy reducido, restringiéndose a las distancias nucleares. Según las hipótesis actuales, la interacción nuclear fuerte procede de la fuerza de cohesión de los quarks necesaria para mantener la integridad de los nucleones. Esta cohesión entre quarks se conoce como fuerza hadrónica. *Interacción nuclear débil: Permite explicar la desintegración de los núcleos atómicos. Actúa entre las partículas elementales. La vida media del sol está determinada por las características de esta fuerza. Es la responsable de la desintegración β: 218 84

0 Po  218 85 At  1 e

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