FUERZAS FUNDAMENTALES DE LA NATURALEZ

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO

FACULTAD DE INGENIERÍA

ESCUELA DE ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES

TEMA: FUERZAS FUNDAMENTALES DE LA NATURALEZ

AUTOR:

Franco Soria

DOCENTE: Doc. Marlon Basantes

PERIODO: 1er Semestre

MES: Septiembre-Febrero

AÑO: 2013-2014

RIOBAMBA-ECUADOR

1.- OBJETIVOS

1.1.- OBJETIVO GENERAL:

 Identificar las diferentes fuerzas naturales que se presentan en el campo de la física.

1.2.- OBJETIVOS ESPECIFÍCOS

 Determinar los diferentes componentes que conforman las fuerzas naturales.

 Estudiar las fuerzas de la naturaleza y conceptos físicos como: aceleración, fuerza, inercia, fuerza rozamiento, velocidad, energía cinética, fuerza de la gravedad, electricidad, magnetismo.

2.- INTRODUCCIÓN

El trabajo que a continuación se presenta trata sobre el tema de fuerzas fundamentales de la naturaleza. Quizás muchos de nosotros no sabemos cuáles son las fuerzas fundamentales de la naturaleza sus funciones o bien cómo es que estas rigen en el mundo subatómico.

En realidad solamente existen 4 fuerzas fundamentales de la naturaleza descubiertas hasta el momento y entre las cuales podemos encontrar: la fuerza gravitatoria la cual muchos de nosotros ya la conocemos, la fuerza electromagnética y las dos últimas fuerzas las cuales quizás muchos no saben que existían y que son la nuclear fuerte y la nuclear débil.

A continuación se va a estudiar detalladamente cada una de las fuerzas elementales de la naturaleza y algunas de las teorías existentes que explican estas mismas.

3.- DESARROLLO

3.1- FUERZA GRAVITACIONAL

La gravedad es una de las cuatro fuerzas o interacciones fundamentales observadas hasta el momento en la naturaleza. La gravedad es la responsable de la caída de los cuerpos en la Tierra y de los movimientos a gran escala que se observan en el Universo: que la Luna orbite alrededor de la Tierra, que los planetas orbiten alrededor del Sol y que las galaxias estén rotando en torno a un centro. Hasta mediados del siglo XVII los astrónomos habían logrado describir con mucho detalle las trayectorias de la Tierra, la Luna y los planetas. Pero nadie había conseguido averiguar la causa de estos desplazamientos tan precisos. Fue Isaac Newton el que descubrió que "todo sucede como si la materia atrajera a la materia". Pero hizo mucho más: descubrió que existe una relación cuantitativa para la fuerza de atracción entre dos objetos con masa.

De sus reflexiones y cálculos, dedujo que todo objeto en el universo que posea masa ejerce una atracción gravitatoria sobre cualquier otro objeto con masa, aún si están separados por una gran distancia. Isaac Newton presentó la ley de Gravitación Universal en su libro publicado en 1687, "Philosophiae Naturalis Principia Mathematica". De acuerdo con esta ley de Newton, cuanta más masa posean los objetos, mayor será la fuerza de atracción, y cuanto más cerca se encuentren entre sí, mayor será esa fuerza. Cada cuerpo ejerce una fuerza sobre el otro, las dos fuerzas son iguales en módulo y dirección, pero contrarias en sentido; al estar aplicadas en diferentes cuerpos no se anulan. Considerando dos cuerpos como la Tierra y la Luna, la ley de gravitación se expresa en forma de una ecuación que cuantifica "la fuerza de gravedad que ejerce la Tierra con masa mT sobre la Luna con masa mL, como el producto de ambas masas, dividido por el cuadrado de la distancias desde el centro de la Tierra hasta el centro de la Luna.

La fuerza de gravedad de la Tierra causa una aceleración de la Luna hacia la Tierra. La fuerza de gravedad de la Luna causa una aceleración de la Tierra hacia la Luna. Ambas fuerzas tienen la misma intensidad. Lo mismo sucede, guardando las proporciones, con la Tierra y la manzana que en la figura aparece de color rojo. Todas las partículas materiales y todos los cuerpos se atraen mutuamente por el simple hecho de tener masa, en proporción directa a sus masas. La gravedad tiene un alcance teórico infinito; pero, la fuerza es mayor si los objetos están próximos, y mientras se van alejando dicha fuerza pierde intensidad en proporción al cuadrado de la distancia que separa a los cuerpos. Por ejemplo, si se aleja un objeto de otro al triple de distancia, entonces la fuerza de gravedad se reduce a la novena parte.

En la fórmula de la gravitación es muy importante la introducción de un valor que sirve para obtener el valor exacto de las fuerzas de atracción gravitacional. Es la famosa "constante G", la constante de gravitación universal. Newton no conocía la causa de esta constante y tampoco sul valor exacto. Sólo pudo indicar que se trataba de una constante universal y que su valor era un número bastante pequeño. Sólo mucho tiempo después se desarrollaron las técnicas necesarias para mejorar el cálculo de su valor. Aún hoy es una de las constantes universales conocidas con menor precisión. Isaac Newton fue el primero en explicar que la fuerza que hace que los objetos caigan con aceleración constante en la Tierra (gravedad terrestre), es la misma que mantiene en movimiento los planetas y las estrellas.

La fuerza de gravedad siempre es atractiva, nunca es repulsiva y tiene alcance infinito. Por muy alejados que estén entre sí dos cuerpos, siguen experimentando esta fuerza, aunque más débil a medida que aumenta la distancia.

La fuerza de gravedad siempre produce atracción entre los cuerpos, cualquiera que sea su composición. La fuerza resultante se produce atrayéndose el centro de gravedad de un objeto con el centro de gravedad del otro. La fuerza gravitatoria es universal y todas las partículas materiales están sometidas a ella, sin excepción. Sin embargo, en el interior de los átomos, la fuerza de gravedad no juega un papel importante, debido a la pequeñísima magnitud de las masas de las partículas elementales.

Utilizando la fórmula matemática de la Gravitación Universal, podemos calcular la fuerza de atracción entre la Tierra y el cuerpo de un astronauta que esté en una órbita ecuatorial a 500 km de la superficie y que tenga una masa de 90 kg incluido su traje espacial. La masa de la Tierra es 5,974 × 1024 kg.

La distancia entre el centro de gravedad de la Tierra (centro de la tierra) y la superficie ecuatorial es de 6.378,28 km. Si agregamos los 500 km de altura, se obtiene una distancia de 6.878.280 metros entre ambos centros de gravedad: el de la Tierra y el del astronauta.

G es la constante de gravitación universal y vale aproximadamente6,674 * 10 -11

Haciendo los cálculos, se obtiene que la fuerza gravitacional de cada uno de estos dos cuerpos (la Tierra y el astronauta) es de 750 Newton, equivalentes aproximadamente a 77 Kg de atracción mutua, Newton explico cómo se comportan los cuerpos ante la gravedad. Einstein propuso un modelo teórico para explicar el origen de la gravedad.

La teoría de la relatividad general, hace un análisis diferente de la interacción gravitatoria. De acuerdo con esta teoría, la gravedad puede entenderse como un efecto geométrico de la materia sobre el espacio-tiempo. Cuando una cierta cantidad de materia ocupa una región del espacio-tiempo, ésta provoca que el espacio-tiempo se deforme. Visto así, la fuerza gravitatoria no es una misteriosa "fuerza que atrae", sino el efecto producido por la deformación del espacio-tiempo, de geometría no euclídea, sobre el movimiento de los cuerpos. Dado que todos los objetos (según esta teoría) se mueven en el espacio-tiempo, al deformarse este espacio, parte de esa velocidad será desviada produciéndose aceleración en una dirección, que es la fuerza de gravedad.

3.2.- FUERZA ELECTROMAGNÉTICA

La fuerza electromagnética es una de las fuerzas fundamentales de la naturaleza. Según (Hernández, 2011) es en este tipo de fuerza donde se lleva a cabo la participación de cargas de repulsión y atracción, las cuales hacen que exista un flujo de electrones. Se da de la combinación de la fuerza eléctrica y fuerza magnética. La fuerza, que se realiza a través de fotones, es responsable del mantenimiento de los electrones y los protones en un átomo, y manteniendo unidos a los átomos de una molécula.

Los fotones y fotones virtuales son el mensajero partículas de una fuerza electromagnética. Al no tener masa y, así como la posibilidad de viajar a la velocidad de la luz, los fotones son capaces de llevar a la fuerza y atraer a los electrones y los protones juntos. En lugar de empujar o tirar de las partículas con la fuerza electromagnética que transporta, el fotón portadoras de fuerza realmente cambia el carácter de las partículas, con lo que la creación de átomos y moléculas.

En el siglo XIX, en 1819 Hans Christian Oersted descubre la relación entre los fenómenos magnéticos y eléctricos. Otros científicos, como Ampere, inspirado por el descubrimiento de Oersted, inician sus investigaciones llegando a desarrollar una teoría bastante fundamentada sobre el electromagnetismo.

En los últimos 100 años han surgido numerosas aplicaciones del electromagnetismo y de los materiales magnéticos. El electroimán, por ejemplo, es la base del motor eléctrico. Los electroimanes y solenoides tienen un gran uso en la industria y la tecnología: relés, motores, generadores, transformadores, altavoces, micrófonos, etc. El siguiente enlace brinda más información sobre este tipo de fuerza www.youtube.com/watch?v=nePqOzswtfQ.

Los materiales magnéticos también son componentes importantes

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