Fisica General Burbano

PRIMERA LEY DE NEWTON. CONCEPTO DE FUERZA. ESTÁTICA DE LA PARTÍCULA 93
MUESTRA PARA EXAMEN. PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN. COPYRIGHT EDITORIAL TÉBAR
bién responsable de las reacciones químicas y por tanto de todos los procesos biológicos. Su estudio
más detallado se hará más adelante en los capítulos de Electromagnetismo.
La FUERZA NUCLEAR FUERTE es de alcance muy pequeño, del orden de un fentómetro (o fermi
diámetro aproximado del núcleo atómico), es decir, de 10 – 15 m y decrece rápidamente con la separación
de las partículas y cuando éstas están separadas unos pocos fentómetros es despreciable;
así ocurre con los núcleos atómicos componentes de una molécula o estructura material, como la
separación entre ellos es de 10 – 10 m, la fuerza nuclear fuerte es prácticamente nula y los átomos se
mantienen unidos exclusivamente por fuerzas eléctricas. La interacción nuclear fuerte tiene lugar
entre las partículas llamadas HADRONES que incluyen protones y neutrones del núcleo atómico y,
por tanto, es responsable de la coexistencia de estos a pesar de la intensa repulsión electrostática
entre los protones. Tiene un comportamiento bastante complejo, hace que los nucleones dentro
del núcleo se atraigan fuertemente entre sí, con una intensidad unas 150 veces mayor que la repulsión
electrostática a la distancia de 1 fm; sin embargo, si los nucleones se acercan demasiado,
esta fuerza se vuelve repulsiva, como ocurre en cualquier «enlace».
Mucho más intensa que la gravitatoria, pero menos que la fuerte, es la FUERZA ELECTRODÉBIL
una fuerza muy compleja que se manifiesta de dos formas muy diferentes: la fuerza nuclear débil y
la electromagnética, por esta razón, es habitual tratarlas separadamente, como si se tratase de dos
interacciones fundamentales distintas, sin embargo está confirmado experimentalmente que ambas
no son sino manifestaciones de una misma fuerza más general. La FUERZA DÉBIL tiene una intensidad
de 10 – 5 veces la fuerte y un alcance aún menor que el de ésta, de unos 10 – 18 m ó 10 – 3 fm; a
tal distancia es cuando su intensidad es similar a la fuerza electromagnética, pero a 1 fm son más
10 7 veces más débiles. Es la responsable de la desintegración de algunos núcleos radiactivos y de
todas las interacciones en las que intervienen «neutrinos», actúa en la formación de los núcleos
atómicos en las estrellas y posibilita la producción de radiación y de energía calorífica en el Sol por
un proceso de fusión nuclear así como la desintegración de núcleos atómicos. Tanto la nuclear
fuerte como la débil serán estudiadas con más detalle en el capítulo XXX.
El hecho de que las tres fuerzas puedan coexistir, prevaleciendo una u otra según el fenómeno
estudiado, hace pensar a los físicos que se trata de tres manifestaciones distintas de una única interacción
fundamental responsable de todos los fenómenos del Universo. La búsqueda de esta teoría
unificada ha conocido hitos que merece la pena destacar. La primera gran unificación de dos tipos
de fenómenos descritos de distinta forma hasta entonces, la realizó Newton al demostrar que la
gravitación actúa de la misma forma entre objetos celestes y entre objetos sobre la Tierra. A mediados
del siglo XIX, James Clerk Maxwell unificó las teorías de electricidad y magnetismo al demostrar
que se engloban en una única formulación electromagnética. Ya en el siglo XX, Einstein,
mediante la relatividad, unificó los conceptos de espacio y tiempo, y los de materia y energía. En
1967, los trabajos de Steven Weinberg y Abdus Saslam, condujeron a la fuerza electrodébil. En la
actualidad, esta última fuerza y la fuerte están englobadas en el llamado «Modelo Estándard» sin
embargo este modelo no incluye la fuerza gravitatoria que, por ahora, es la que más resiste a la
tan buscada teoría unificada; se supone que deben coincidir a la distancia inimaginable de 10 – 29
m, no siendo posible con la técnica actual realizar experimentos a distancias tan pequeñas, serían
necesarios aceleradores de partículas de dimensiones semejantes a las de la Vía Láctea.
Esquema del camino hacia la «teoría unificada»
Volviendo al terreno de la Mecánica Clásica, en cuyo estudio nos centraremos en los próximos
capítulos, no es relevante la consideración de las fuerzas que actúan sólo a escala nuclear. Nos limitaremos
a la interacción gravitatoria y a la electromagnética, que es en definitiva la responsable
de los fenómenos más familiares, como pueden ser que una cuerda soporte una determinada TEN-
SIÓN sin romperse, que un libro no traspase una mesa, limitándose a ejercer una cierta presión sobre
ella, o que al intentar deslizar una superficie sobre otra encontremos una resistencia, que llamaremos
ROZAMIENTO.
Por el momento, para el estudio de movimientos con velocidades mucho menores que c, es
más que suficiente la teoría que se deriva de las leyes de Newton, en la que supondremos que la
interacción entre partículas es instantánea, y consideraremos la fuerza como una medida de la intensidad
de dicha interacción.