Physik A Teil 1: Mechanik - Physik-Institut - Universität Zürich

Elektron und dem Proton und damit den Quarks ist in der Teilchenphysik noch nicht
bekannt.
2.4.3 Die schwache Wechselwirkung
Die schwache Wechselwirkung, wie sie z.B. im β-Zerfall radioaktiver Kerne oder im Zerfall
des Myons (schweres Elektron) oder Pions beobachtet wird, hat eine sehr kurze Reichweite
von nur ca. 2 · 10 −17 m bedingt durch die schweren Austauschteilchen, den W ± und
Z 0 Bosonen mit m(W)c 2 = 80.22 GeV und m(Z)c 2 = 91.17 GeV. Die schwache und
elektromagnetische Wechselwirkung sind in der elektroschwachen Wechselwirkung zu einer
gemeinsamen Theorie der Teilchenphysik vereinigt 28 .
2.4.4 Die starke Wechselwirkung
Die starke Wechselwirkung wird durch den Austausch von 8 Gluonen zwischen den Quarks
vermittelt. Die nur so zu Hadronen (Proton, Neutron oder Mesonen) gebunden auftretenden
Quarks zeigen eine kurze Reichweite von ca 10 −15 m, da sich die Quarkkräfte
gegenseitig absättigen (Confinement). Die Kernkraft zwischen den Nukleonen im Kern
(Neutronen und Protonen) ist dann nur eine kurzreichweitige Restwechselwirkung der
fundamentalen starken Wechselwirkung.
2.5 Reibungskräfte, Oberflächenkräfte
Heuristische Kraftarten wie Reibungskräfte, Normalkräfte, Fadenkräfte, elastische Kräfte,
Federkraft, Schubkraft, van der Waals Kraft, Oberflächenspannung etc. sowie auch chemische
Bindungen können prinzipiell durch die fundamentalen Kräfte erklärt werden. Die
Gesetze sind oft empirisch, materialabhängig und in engen Grenzen gültig. Die Kräfte
treten z.T. auf, wenn Körper sich sehr nahe kommen, d.h. sich berühren. Zwei elektrisch
neutrale Atome üben abstossende Kräfte aufeinander aus, wenn sich die Atome so stark
nähern, dass sich die Elektronenhüllen überlappen. Bei grösserem Abstand ziehen sich
die Atome leicht an mit der sogenannten van der Waals-Kraft, welche wie r −7 mit dem
Abstand stark abnimmt. Es handelt es sich hier um Coulombkräfte, also nicht um eine
weitere Fundamentalkraft. Bei der Wechselwirkung zwischen makroskopischen Körperoberflächen
sind jedoch wegen der riesigen Zahl der beteiligten Atome die Zusammenhänge
so kompliziert, dass wir diese Kräfte nicht aus dem Coulombschen Fundamentalgesetz herleiten,
sondern uns auf eine Beschreibung ihrer empirischen Eigenschaften beschränken 29 .
An der Berührungsstelle zweier Körper 1 und 2 treten somit zwei Kräfte auf, nämlich ⃗ F 12
an der Oberfläche des Körpers 2 und ⃗ F 21 an der Oberfläche des Körpers 1, wobei nach
dem Reaktionsprinzip gilt ⃗ F 12 = − ⃗ F 21 .
28 Mit den Maxwell-Gleichungen (siehe Pysik AII) wurde schon die Optik, die Elektrizitätslehre und
der Magnetismus zu einer vereinigten elektromagnetischen Wechselwirkung zusammengeführt. Eine Vereinigung
aller vier Wechselwirkung zu einer Weltformel steht noch aus.
29 Achtung: Die Zentripetalkraft ist keine Kraftart sondern eine kinematische Bedingung für eine
kreisförmige Bewegung; sie kann gebildet werden durch die Gravitation, Lorentz-Kraft, Auftrieb (Flugzeug),
Reibungskraft usw.
Trägheitskräfte (Zentrifugalkraft, Führungskraft, Corioliskraft) treten nur in beschleunigten Systemen
auf, für sie gilt das 3. Newtonsche Prinzip nicht (siehe Kap. 8), da für die Newtonschen Bewegungsgleichungen
ein Inertialsystem als Bezugssystem verlangt wird. Im beschleunigten System müssen sie mit
den Trägheits- oder Scheinkräften korrigierend ergänzt werden.
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