Las fuerzas fundamentales de la naturaleza

Te invito a que hoy conozcamos brevemente cuáles son las fuerzas fundamentales de la física, las 4 formas en que las partículas interactúan entre sí de forma esencial, según la comunidad científica moderna.

Fuerza de gravedad

© TAILY/ISTOCK/THINKSTOCK

Esta es una fuerza puramente atractiva, ya que dos cuerpos con masa siempre tienden a atraerse por la fuerza de gravedad, a diferencia de otras fuerzas en las que también se pueden rechazar los objetos. Esta fuerza es la que mantiene a los planetas orbitando y girando alrededor del Sol, así como también por ejemplo a nuestro satélite natural, la Luna, que orbita alrededor de la Tierra. El gran Albert Einstein clarificó el concepto que teníamos de la fuerza de gravedad en su teoría general de la relatividad, como la curvatura del espacio-tiempo causada alrededor de cualquier objeto que tuviera masa.

Es una fuerza presente en nuestras actividades y en la superficie de la Tierra se puede calcular Peso=masa.gravedad. La gravedad en la superficie de la Tierra tiene un valor de 9,8 N/kg. En otros lugares se puede obtener con la ley de gravitación universal de Newton.

Newton encontró una fórmula para calcular la fuerza de gravedad en cualquier lugar y con cualquier objeto. Por ejemplo, usando la ley de la gravitación universal, podemos calcular la fuerza de atracción entre la Tierra y un cuerpo de 50 kg. La masa de la Tierra es 5,974 × 10²⁴ kg y la distancia entre el centro de gravedad de la Tierra (centro de la tierra) y el centro de gravedad del cuerpo es 6378,14 km (igual a 6 378 140 m, y suponiendo que el cuerpo se encuentre sobre la línea del Ecuador). Entonces, la fuerza es:

La fuerza con que se atraen la Tierra y el cuerpo de 50 kg es 490,062 N (Newtons, Sistema Internacional de Unidades), como cabía esperar ya que m.g = 490N

Dentro de esta ley empírica, tenemos estas importantes conclusiones:

• • Las fuerzas gravitatorias son siempre atractivas. El hecho de que los planetas describan una órbita cerrada alrededor del Sol indica este hecho. Una fuerza atractiva puede producir también órbitas abiertas, pero una fuerza repulsiva nunca podrá producir órbitas cerradas.

  • Tienen alcance infinito. Dos cuerpos, por muy alejados que se encuentren, experimentan esta fuerza.

  • La fuerza asociada con la interacción gravitatoria es central.

  • A mayor distancia menor fuerza de atracción, y a menor distancia mayor la fuerza de atracción.

Son también fuerzas de gravedad las que actúan en las mareas y el empuje que sufren los objetos en líquidos o gases.

Fuerza electromagnética

Una de las fuerzas que mejor conocemos y también a las que más habituados estamos, esta se da a través de partículas que se encuentran cargadas eléctricamente. Aquí, sin embargo, podemos tener una fuerza de atracción (partículas de diferente carga) o una fuerza de repulsión (misma carga). En el pasado se consideraba a la fuerza eléctrica y magnética como fuerzas distintas, pero James Clerk Maxwell las unificó en 1864, en su llamada ecuación de Maxwell.

Estas fuerzas eléctricas mantienen unidos los electrones al núcleo de los átomos, unen los iones, mantienen el enlace covalente y metálico y por tanto son la base de la química y las reacciones químicas.

También son las responsables de la forma y estructura de los materiales, su dureza, su rozamiento y por tanto explican el funcionamiento de todos los adhesivos que tenemos.

Las fuerzas electromagnéticas están en la base de los imanes, de los motores eléctricos, de la química, del rozamiento. Son por tanto, junto con la gravedad, las que explican el mundo que vemos a diario.

En la figura podemos apreciar el peso el bloque que es una fuerza de gravedad y las fuerzas en la cuerda (Tensiones) y en la mano que son fuerzas en el fondo electromagnéticas.