1 República Bolivariana de Venezuela Ministerio del Poder Popular para la Educación U. E. Colegio Su Santidad “Juan Pablo II” 4to año. Sección “B” Valle de la Pascua – Edo. Guárico INTERACCIONES FUNDAMENTALES Profesor: Integrantes: Eduardo Jaramillo. . Álvarez, Yoslenny C.I: 32.735.848 Suarez, Brianna C.I: 32.374.73 Toro, Cinay C.I: 32.838.289 Viloria, Juan C.I: 32.910.061 Marzo, 2024 2 Índice Págs. Introducción……………………………………………………………………………4 Interacciones fundamentales (definición)…………………………………………..5 • Interacción gravitatoria………………………………….…………………………..5 • Interacción electromagnética …………………………..……………….…………6 • Interacción nuclear fuerte………………………………………….….……………6 • Interacción nuclear débil……………………………………………..….………….7 Fuerza normal, tensión, fuerza de roce, medición de fuerza……………............8 Leyes de Newton • Primera ley……………………………………………………………….…….……10 • Segunda ley……………………………………………………..….…………..…...11 • Segunda ley…………………………………………………………….…….……..11 Ley de gravitación universal…………………………………...………...….………12 Movimiento y fuerza…………………………………………………..…..………….13 Masa de un cuerpo…………………………………………………….…………......14 Conclusión……………………………………………………………………………..16 Bibliofarafía…………………………………………………………………….………17 3 Índice de imágenes Págs. Imagen 1. “Luna y tierra”……………………………………………….……………5 Imagen 2. “Imán + objeto metálico “………………………….………….…………6 Imagen 3. “Átomo de helio”…………………………….………………..………….7 Imagen 4. “Desintegración beta”……………………………………..….…………8 Imagen 5. “Lámpara sobre la mesa”……………………………………...………..8 Imagen 6. “Remolque de vehículo”…………………………..……….……....……9 Imagen 7. “Empuje de caja sobre el suelo”………………………….……….……9 Imagen 8. “Utilización del dinamómetro”……………...………………………….10 Imagen 9. “Pelota en reposo”….…………………………………. ………………10 Imagen 10. “Aceleración de carrito de supermercado”………………………….11 Imagen 11. “Bateo de pelota de béisbol”………….………………………….…..11 Imagen 12. “Fuerzas mutuas de atracción entre dos esferas de diferente tamaño”………………………………………………………….……………………12 Imagen 13. “”Balanceo de un columpio”…………………………….…....……...13 Imagen 14. “Patada al balón”……………………………………….…..…………14 Imagen 15. “Masa de pluma, masa de piedra”……………..………..………….15 4 IV Introducción Las interacciones fundamentales, también conocidas como fuerzas fundamentales, son las formas en que las partículas elementales interactúan y se unen para formar la materia en el universo. En la física actual, se reconocen cuatro interacciones fundamentales que gobiernan el comportamiento de las partículas a nivel subatómico y cósmico. Cada una de estas fuerzas, la gravitatoria, la electromagnética, la nuclear fuerte y la nuclear débil, desempeña un papel crucial en la estructura y dinámica del universo, desde la atracción entre planetas hasta la estabilidad de los núcleos atómicos. A continuación, se desarrollaran de manera clara y detallada, cada unas de estas 4 fuerzas fundamentales. Además, se explicaran temas clave como: la fuerza normal, la tensión, la fuerza de roce y la medición de fuerza; así como también las leyes de Newton, la Ley de gravitación universal y lo que representa el movimiento, la fuerza y la masa de un cuerpo dentro del campo de la física. 5 Interacciones fundamentales Las interacciones fundamentales, también conocidas como fuerzas fundamentales, son las maneras en que las partículas elementales interactúan entre sí y se agrupan para formar la materia que observamos en el universo. En la física actual se reconocen cuatro interacciones fundamentales: 1. Interacción gravitatoria: Es la fuerza de atracción que existe entre todos los objetos con masa. La gravedad es la más débil de las cuatro fuerzas fundamentales, pero actúa a cualquier distancia y siempre es atractiva. Es la fuerza que mantiene a los planetas en órbita alrededor de las estrellas y las galaxias unidas. La teoría de la gravitación de Newton fue reemplazada por la teoría de la Relatividad General de Einstein, que describe la gravedad no como una fuerza, sino como una consecuencia de la curvatura del espacio-tiempo causada por la masa y la energía. Un ejemplo de la interacción gravitatoria es la atracción entre la Tierra y la Luna, que mantiene a la Luna en órbita alrededor de nuestro planeta. Imagen 1. Fuerza gravitatoria “Interacción gravitatoria entre la Tierra y la Luna: una fuerza que mantiene a la Luna en órbita” 6 2. Interacción electromagnética: Es la fuerza responsable de la interacción entre partículas con carga eléctrica. Es mucho más fuerte que la gravedad y puede ser tanto atractiva como repulsiva. La electromagnetismo explica fenómenos como la luz (que es una forma de radiación electromagnética), la electricidad y el magnetismo. Esta fuerza es fundamental en la química, ya que determina cómo los electrones están ligados a los núcleos atómicos y cómo los átomos interactúan entre sí para formar moléculas. Un ejemplo común de la interacción electromagnética es la atracción entre un imán y un objeto metálico, como un clip. Imagen 2. Interacción electromagnética “Fuerza de atracción que existe entre un imán y un objeto metálico, en este caso clips” 3. Interacción nuclear fuerte: También conocida como fuerza fuerte, es la fuerza que mantiene unidos a los protones y neutrones en el núcleo atómico, a pesar de la repulsión electromagnética entre los protones positivamente cargados. Es la más fuerte de las cuatro fuerzas fundamentales, pero su alcance es muy corto, del orden de 10^-15 metros, aproximadamente el tamaño de un núcleo atómico. La teoría que describe la 7 interacción fuerte es la cromodinámica cuántica (QCD). Un ejemplo de la interacción nuclear fuerte es la fuerza que mantiene unidos los protones y neutrones en el núcleo de un átomo de helio. Imagen 3. Átomo de helio “Protones y neutrones unidos por una fuerza en el núcleo del átomo de helio” 4. Interacción nuclear débil: Esta fuerza es responsable de ciertos tipos de desintegración radioactiva, como la desintegración beta. Aunque es más fuerte que la gravedad, es considerablemente más débil que las fuerzas electromagnética y fuerte, y también tiene un alcance muy corto. La interacción débil juega un papel crucial en el proceso del Sol y otras estrellas, ya que está involucrada en las reacciones nucleares que convierten el hidrógeno en helio, liberando energía en el proceso. La teoría electrodébil unifica la interacción electromagnética y la débil en un único marco teórico. 8 Imagen 4. Desintegración beta Decaimiento β- de un núcleo “Se ilustra cómo uno de los neutrones se convierte en un protón a la vez que emite un electrón (β-) y un antineutrino electrónico. “ Fuerza normal, tensión, fuerza de roce, medición de fuerza En física, los conceptos de fuerza normal, tensión, fuerza de roce y medición de fuerza son fundamentales para entender el comportamiento de los objetos en diferentes situaciones. A continuación se presenta la descripción de cada uno: 1.Fuerza normal: Es la fuerza ejercida por una superficie sobre un objeto que está en contacto con ella y es perpendicular a dicha superficie. Por ejemplo, cuando un objeto descansa sobre una mesa, la fuerza normal es la que la mesa ejerce sobre el objeto en dirección perpendicular hacia arriba para contrarrestar la fuerza gravitacional que actúa sobre el objeto. Imagen 5. Lámpara sobre la mesa “La fuerza que ejerce la mesa sobre la lámpara en dirección perpendicular a la superficie se llama fuerza normal. Es la fuerza que mantiene a la lámpara en equilibrio y evita que caiga” 9 2.Tensión: Se refiere a la fuerza interna en un objeto que es generada cuando se aplica una fuerza externa que tiende a estirar o comprimir el objeto. Por ejemplo, en una cuerda sujeta a ambos extremos y sometida a una fuerza de tracción, la tensión es la fuerza interna que mantiene la integridad de la cuerda. Imagen 6. Remolque de Vehículo “La fuerza de tensión actúa en la cuerda que conecta los dos vehículos y es la fuerza que se transmite a través de este medio de conexión” 3.Fuerza de roce: Es la fuerza que se opone al movimiento relativo entre dos superficies en contacto. Existen dos tipos principales de fuerza de roce: estático, que actúa cuando las superficies están en reposo relativo; y cinético, que actúa cuando las superficies se deslizan una sobre la otra. . Imagen 7. Empuje de caja sobre suelo “Empuje de caja pesada sobre el suelo; en este caso la fuerza de roce actúa en dirección opuesta al movimiento, manifestándose como la resistencia que se experimenta” 10 4.Medición de fuerza: La medición de la fuerza se realiza comúnmente utilizando un instrumento llamado dinamómetro. Este dispositivo puede medir la magnitud de una fuerza aplicada a través de la deformación de un resorte o mediante otros mecanismos. Estos conceptos son clave para comprender y analizar diversos fenómenos físicos que involucran interacciones entre objetos y fuerzas. Imagen 8. Utilización de un dinamómetro “Medición de la fuerza con un dinamómetro manual; dispositivo que permite cuantificar la magnitud de una fuerza aplicada” Leyes de Newton 1.Primera ley de Newton (Ley de la inercia): • Esta ley establece que un objeto en reposo permanecerá en reposo y un objeto en movimiento continuará en movimiento a una velocidad constante en línea recta, a menos que una fuerza externa actúe sobre él. En otras palabras, un objeto tiende a mantener su estado de movimiento a menos que se aplique una fuerza externa. Imagen 9. Pelota en reposo “Pelota que permanece en reposo sobre el césped ya que no experimenta la aplicación de ninguna fuerza externa” 11 2.Segunda ley de Newton (Ley de la fuerza y la aceleración): • La segunda ley de Newton establece que la aceleración de un objeto es directamente proporcional a la fuerza neta que actúa sobre él e inversamente proporcional a su masa. Matemáticamente, se expresa como F = m * a, donde F es la fuerza neta aplicada, m es la masa del objeto y a es la aceleración producida. Imagen 10. Aceleración de un carrito de supermercado “Si el carrito del supermercado está vacío, su aceleración es mayor, aunque no se aplique tanta fuerza al empujarlo. En cambio, si está lleno, su aceleración es menor y se requiere más fuerza para que avance” 3.Tercera ley de Newton (Ley de acción y reacción): • La tercera ley de Newton establece que por cada acción hay una reacción igual y opuesta. Esto significa que cuando un objeto ejerce una fuerza sobre otro objeto, el segundo objeto ejerce una fuerza de igual magnitud pero en dirección opuesta sobre el primero. En resumen, las fuerzas siempre se presentan en pares acciónreacción. Imagen 11. Bateo de pelota de béisbol “En el instante en que el bate entra en contacto con la pelota, aplica una fuerza determinada sobre ella. Como respuesta, la pelota aplica una fuerza contraria pero con la misma intensidad El resultado de esta interacción es que la pelota sale disparada” 12 Ley de gravitación universal La ley de gravitación universal, formulada por Sir Isaac Newton, describe la atracción gravitatoria entre dos objetos con masas. Aquí tienes una breve descripción de la ley de gravitación universal: •Fórmula: La ley de gravitación universal se expresa matemáticamente como ( F = G ·m_1 · m_2/r^2 ), donde: •( F ) es la fuerza gravitatoria entre dos objetos, •( G ) es la constante de gravitación universal, •( m_1 ) y ( m_2 ) son las masas de los dos objetos, •( r ) es la distancia entre los centros de masa de los dos objetos. •Descripción: Según esta ley, la fuerza gravitatoria entre dos objetos es directamente proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellos. En otras palabras, a mayor masa de los objetos y menor distancia entre ellos, la fuerza gravitatoria será más intensa. •Importancia: La ley de gravitación universal explica la atracción que mantiene a los planetas en órbita alrededor del Sol, así como la caída de los objetos en la Tierra. Es una ley fundamental en la física que ha sido confirmada por observaciones y experimentos a lo largo de los años.Esta ley es crucial para comprender el comportamiento de los cuerpos celestes en el universo y ha sido fundamental en el desarrollo de la física y la astronomía. Imagen 12. Fuerzas mutuas de atracción entre dos esferas de diferente tamaño. “De acuerdo con la mecánica newtoniana las dos fuerzas son iguales en módulo, pero de sentido contrario; al estar aplicadas en diferentes cuerpos no se anulan y su efecto combinado no altera la posición del centro de gravedad conjunto de ambas esferas” 13 Movimiento y fuerza El "movimiento" se refiere al cambio de posición de un objeto en relación con un punto de referencia a lo largo del tiempo. Este movimiento puede ser rectilíneo, cuando el objeto se desplaza en línea recta, o curvilíneo, cuando sigue una trayectoria curva. Además, el movimiento puede ser uniforme, si la velocidad del objeto es constante, o variado, si la velocidad cambia en el tiempo. Para describir el movimiento de un objeto, se utilizan conceptos como la velocidad (que indica la rapidez y dirección del movimiento), la aceleración (cambio en la velocidad por unidad de tiempo) y la trayectoria (el camino seguido por el objeto en movimiento). Imagen 13. Balanceo de un columpio. “Cuando se empuja un columpio, este se mueve de un lado a otro. El movimiento del columpio puede ser descrito en términos de su trayectoria y velocidad mientras se balancea” Por otro lado, en física, la "fuerza" es una magnitud vectorial que representa la interacción entre dos cuerpos y puede causar cambios en el movimiento de un objeto. Según la segunda ley de Newton, la fuerza neta aplicada a un objeto es igual al producto de su masa por su aceleración, lo que se expresa mediante la fórmula F = m * a. Esto significa que una fuerza aplicada a un objeto puede acelerarlo, decelerarlo o cambiar su dirección, dependiendo de la magnitud y dirección de la fuerza. 14 Imagen 14. Patada al balón “Al patear una pelota, se aplica una fuerza que la impulsa hacia adelante. Esta fuerza es la responsable de cambiar el estado de reposo de la pelota a movimiento” Masa de un cuerpo La "masa" de un cuerpo, es una propiedad fundamental que representa la cantidad de materia que contiene un objeto. Se mide en kilogramos (kg) en el Sistema Internacional de Unidades (SI). La masa de un cuerpo es una magnitud escalar, lo que significa que solo tiene un valor numérico y una unidad. La masa es una propiedad intrínseca de un objeto y no varía con la ubicación del mismo. Es importante diferenciar la masa del peso: mientras que la masa se mantiene constante en cualquier lugar del universo, el peso de un objeto varía dependiendo de la gravedad del lugar donde se encuentre. La masa juega un papel crucial en la física, ya que está relacionada con la inercia de un objeto. La inercia se refiere a la resistencia que ofrece un cuerpo al cambio en su estado de movimiento. Cuanta mayor sea la masa de un objeto, mayor será su inercia y más difícil será cambiar su velocidad o dirección. En resumen, la masa de un cuerpo es una medida de la cantidad de materia que contiene y es una propiedad fundamental en física que influye en su comportamiento dinámico y estática. 15 Imagen 15. Masa de pluma, masa de piedra “Si se compara una pluma con una roca del mismo tamaño, la roca tendrá más masa debido a que contiene más materia en su interior. La masa de un cuerpo influye en su inercia y en la facilidad con la que puede cambiar su estado de movimiento” 16 Conclusión En conclusión, se destaca la importancia de las interacciones fundamentales en la estructura y funcionamiento del universo a nivel subatómico y cósmico. Estas fuerzas, como la gravitatoria, electromagnética, nuclear fuerte y débil, son fundamentales para comprender la naturaleza y el comportamiento de las partículas elementales que componen la materia. A través de teorías como la Relatividad General de Einstein y la cromodinámica cuántica, se ha logrado unificar y explicar estas interacciones en un marco teórico coherente que nos permite explorar y comprender mejor el universo en su totalidad. Por otra parte, en la información presentada, también se desarrollaron temas relacionados, como: la fuerza normal, la tensión, la fuerza de roce y la medición de fuerza; así como también las leyes de Newton, la Ley de gravitación universal y lo que representa el movimiento, la fuerza y la masa de un cuerpo dentro del campo de la física. Todos con ejemplos e ilustraciones que permitertieran la máxima compresión de estos temas, que en ocasiones pueden resultar un tanto complicados para algunas personas, pero que son de suma importancia para la adquisición del conocimiento humano y la compresión de ciertos fenómenos. 17 Bibliografía https://es.quora.com/Qu%C3%A9-es-la-fuerza-nuclear-d%C3%A9bil https://www.significados.com/segunda-ley-de-newton/ https://www.significados.com/tercera-ley-de-newton/
