Forças são muito comuns no nosso cotidiano. Ao segurarmos uma bola, ao subirmos uma escada, quando empurramos um carrinho de supermercado, quando pulamos uma corda e em tantos outros exemplos são forças que estamos realizando.
Apesar de o termo “força” abrigar uma noção quase intuitiva, é importante entender que, do ponto de vista da Física, a noção de força está intimamente relacionada com a alteração do estado de movimento de uma partícula, isto é, a presença de forças entre as partes da matéria se faz sentir através de um movimento de afastamento (forças repulsivas) ou de aproximação (forças atrativas) das mesmas. Portanto: as forças resultam da capacidade das várias partes do Universo (e da matéria) de interagirem.
Interações fundamentais
As forças são divididas em duas categorias: as interações fundamentais e as forças que derivam delas.
Lá temos os elétrons, que têm carga negativa, que são atraídos pelo núcleo, composto de prótons, com carga positiva, e de nêutrons sem carga elétrica. Se os elétrons não fossem atraídos pelo núcleo, não existiriam os átomos e, portanto, não existiriam todas as coisas que conhecemos, inclusive nós mesmos. Essa força é a eletromagnética!
Mas existem mais três, ou seja, são quatro as interações fundamentais. Essas interações incluem forças atrativas e repulsivas, decaimento e aniquilação. Elas são conhecidas por interação: gravitacional, eletromagnética, forte e fraca. Todas as demais forças da natureza são derivadas dessas.
Portanto até o momento são reconhecidas quatro forças fundamentais da natureza. Duas delas são constatadas facilmente, ao passo que as outras agem dentro dos núcleos de átomos, sendo pouco familiar a maioria das pessoas.
Cada um desses tipos de força atua sobre um ou mais tipos de partículas e é mediada por diferentes bósons.
Confira os detalhes de cada um desses tipos de interação a seguir.
- Força gravitacional – É a força que nos mantém presos a Terra, os planetas orbitando ao redor do Sol e a nossa galáxia unida. É a mais fraca das forças. A força gravitacional é somente atrativa e atua entre todas as partículas que possuem massa (férmions), mas é a mais fraca de todas as forças da natureza, sendo praticamente inexpressiva em níveis atômicos e moleculares. Apesar de sua pequena intensidade em relação às outras forças fundamentais, apresenta o maior alcance (estende-se ao infinito) entre todas as forças fundamentais e é responsável por dar forma aos planetas, sistemas planetários, estrelas e até mesmo galáxias. Trata-se de uma força que “cai” com o inverso do quadrado da distância. Um dos desafios da Física atual é incorporar a força gravitacional à Mecânica Quântica. Nesse âmbito, existem teorias que afirmam que a força gravitacional é mediada por um bóson de spin inteiro chamado de gráviton. Atualmente, a força gravitacional é explicada a partir da Teoria da Relatividade Geral, de Albert Einstein, que afirma que grandes massas são capazes de distorcer a geometria do espaço-tempo. A propriedade responsável pela intensidade dessa interação é a massa dos corpos.
- Força eletromagnética – Ela pode ser atrativa ou repulsiva. Permite a ligação entre os elétrons e os núcleos atômicos, assim como a união dos átomos para formar as moléculas e a matéria. A emissão e absorção de luz e outras formas de radiação estão relacionadas à força eletromagnética. É muito mais intensa que a gravitacional. A força eletromagnética pode ser tanto repulsiva quanto atrativa, em respeito ao sinal das cargas interagentes. É atuante entre partículas carregadas (como prótons e elétrons) e nela se inclui a força eletrostática, descrita pela Lei de Coulomb, e a força magnética, para partículas em movimento. Comparada à força gravitacional, é muito mais intensa e também age em longas distâncias (também se estende ao infinito), porém, a força elétrica resultante em níveis macroscópicos tende a ser nula, em razão da neutralidade da matéria, “perdendo” dessa forma para a interação gravitacional. A força eletromagnética é inversamente proporcional ao quadrado da distância, assim como a força gravitacional, e é mediada pelos bósons chamados de fótons, também responsáveis pela formação dos campos eletromagnéticos. A propriedade que mede a intensidade dessa força é a carga elétrica.
- Força nuclear forte – É a responsável pela coesão do núcleo do átomo. Proporciona a atração entre prótons e nêutrons no núcleo atômico. É extremamente intensa e a interação mais forte de todas as forças. O nome curioso dessa interação deve-se a sua grande intensidade: ela é responsável por manter os núcleos atômicos unidos, a despeito da grande força de repulsão eletrostática existente entre os prótons. É uma força de curto alcance, cerca de 10-15 m. Núcleos atômicos muito maiores que isso tendem a ser instáveis, pois, nesse caso, a força eletrostática é predominante. Trata-se da mais forte de todas as interações da natureza e é mediada por bósons chamados de glúons. Além disso, os hádrons, como prótons e nêutrons, por exemplo, são formados por trios de quarks, mantidos exclusivamente pela ação da força forte, que é mediada por bósons chamados de glúons. A força forte não atua entre os léptons (elétrons, neutrinos, múons, taúons), pois eles não possuem a propriedade que define a intensidade da força forte: a carga cor.
- Força nuclear fraca – É a força que produz instabilidade em certos núcleos atômicos. Ela é a responsável pela emissão de elétrons por parte do núcleo de algumas substâncias radioativas, num processo denominado decaimento beta. Sua intensidade é menor que a da força eletromagnética. A interação fraca age entre os dois tipos de férmions: léptons e quarks. É a força responsável pelo decaimento radioativo, realizando a transformação de um tipo de quark em outro por meio da emissão de elétrons ou de pósitrons (antimatéria correspondente ao elétron). É cerca de um milhão de vezes mais fraca que a força forte, e o seu alcance é ainda menor, de apenas 10-18 m. Essa interação é mediada pelos bósons vetoriais intermediários W+, W- e Z. A teoria da Física que reúne as interações da natureza, bem como as suas partículas mediadoras e interagentes, é o modelo padrão da Física de partículas. A figura a seguir apresenta as 17 partículas fundamentais.
© Direitos de autor. 2022: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 22/07/2022
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