Efisica

Forças fundamentais e noção de campo

 

Para que haja interação entre os objetos, não há necessidade de eles estarem próximos. Podem surgir forças entre objetos mesmo que eles estejam muito longe uns dos outros. São forças cuja ação se dá à distância. Nesta categoria estão as forças fundamentais da natureza. Nós dizemos fundamentais porque, na realidade, todas as demais forças podem ser explicadas como resultado da atuação destas forças.

É como se existisse algo que faz a ligação entre os objetos: é um campo de forças. A noção de campo traz a possibilidade de tratar, teoricamente, de forma adequada as interações fundamentais. Por exemplo, para descrever a ação da atração gravitacional, diz-se que existe um campo gravitacional. A força gravitacional está relacionada teoricamente a esse campo.

Um outro exemplo é o campo magnético. Todos já viram o efeito do campo magnético da Terra sobre bússolas. É como se a Terra fosse um enorme ímã, cujo campo magnético age sobre outros ímãs existentes.

Forças são grandezas vetoriais e, portanto, são definidas por módulo, direção e sentido.

Campos, como o elétrico e o magnético, também são grandezas vetoriais.

Forças gravitacionais

O exemplo mais simples de força fundamental, uma vez que faz parte do nosso cotidiano, é a força gravitacional. A queda dos objetos em direção à superfície terrestre é devida à força gravitacional. Outro exemplo é o movimento de translação da Terra. A Terra mantém-se numa órbita elíptica em torno do Sol como resultado da força gravitacional exercida pelo Sol sobre ela. A lei que rege o comportamento da interação gravitacional foi proposta por Newton. A interação gravitacional ocorre devido às massas dos objetos. Se dois objetos de massa m1 e m2 estiverem a uma distância d, então surge entre eles uma força de atração (a força gravitacional) de tal forma que seu módulo é dado pela expressão

ou seja, a força gravitacional é diretamente proporcional às massas e inversamente proporcional ao quadrado da distância. A constante G é conhecida como constante da gravitação universal e seu valor é:


Força eletromagnética

As forças elétricas e magnéticas são igualmente forças fundamentais. Conquanto não estejamos em condições ainda de nos darmos conta, o fato é que essas forças estão também presentes no cotidiano das pessoas. Isso porque forças de atrito e reações normais às superfícies são forças que derivam destas. Isso ocorre porque as forças entre os átomos (forças interatômicas) é que dão origem a algumas forças com as quais já estamos bastante familiarizados. No entanto, as forças entre os átomos são forças elétricas. Dizemos que as forças interatômicas derivam das forças eletromagnéticas.

 

FORÇA ELÉTRICA

 

A força elétrica surge entre objetos dotados de carga elétrica. Se um corpo possui carga Q1 e outro possui carga Q2, então surge uma força entre eles, cujo módulo é dado pela lei de Coulomb:

isto é, a força é diretamente proporcional às cargas e inversamente proporcional ao quadrado da distância. A constante de proporcionalidade é dada por:

A força elétrica tanto pode ser atrativa (se as cargas forem de sinais opostos) quanto repulsiva (cargas de mesmo sinal). A direção da força é a da reta que une as duas cargas.

No caso em que a partícula se move numa região na qual existe um campo elétrico , a força elétrica sobre uma partícula de carga Q é:

 

FORÇA MAGNÉTICA

 

Uma partícula de carga q e dotada de velocidade v, quando numa região onde existe um campo magnético , experimenta uma força, dita magnética, cuja expressão é:

onde é o ângulo formado entre e . A direção de é perpendicular ao plano. O sentido definido por e depende da carga. Se a carga q for positiva, o sentido é o mostrado na figura que ilustra a regra do saca-rolha. Se q for negativo, então, a direção da força é a mesma e o sentido, oposto ao caso anterior.

Se uma partícula estiver sujeita à ação de campos elétricos e magnéticos, podemos escrever

.

Força forte

A força forte atua no nível subatômico. Ela é responsável pela coesão do núcleo atômico. Em última análise, proporciona a atração entre prótons e nêutrons dentro do núcleo atômico. Assim, a força forte é responsável pela estabilidade da matéria e a forma com que a conhecemos.

Naturalmente, ela se faz presente nas interações entre as partículas elementares. Isso é válido especialmente em relação aos quarks, que são os constituintes dos prótons e nêutrons.

Além da estabilidade dos núcleos e da matéria, essa força não se exibe no cotidiano e, por isso, a descoberta dessa força só ocorreu em meados deste século.

Em determinados estágios do processo de evolução estelar, essa força é de fundamental importância para entender o destino das estrelas, especialmente as mais velhas.

Força fraca

A força fraca ocorre no nível das partículas elementares.

Novamente aqui cabe o comentário sobre a pouca relevância desse tipo de força na compreensão dos fenômenos que ocorrem no cotidiano.

No entanto, no Universo no qual vivemos, essa força se manifesta com muita freqüência. No interior das estrelas (qualquer estrela), essa força é responsável por vários fenômenos, dentre os quais a geração da energia que chega até nós.


 

 

Mecânica (Básico)

Seção 14 : Forças

  1. Força e interação
  2. Identificando as forças
  3. Forças fundamentais e noção de campo
  4. Outras forças
  5. Forças na mecânica
  6. Forças no cotidiano
  7. Unidades
  8. Exercícios Propostos
  9. Experimentação

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Sobre esta Página

Autores:

  • Gil da Costa Marques
  • Nobuko Ueta

Modificado: 2007-05-24

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