"LAS 4 FUERZAS FUNDAMENTALES Y EL BOSON DE GAUGE"

Este articulo lo subdividí en varias partes que subiré cada determinado tiempo espero no tardar tanto disfruten la primera parte.

Por lo menos en alguna ocasión de nuestra vida hemos escuchado hablar de 4 fuerzas muy famosas la Fuerza  Nuclear Fuerte, la Fuerza Nuclear Débil, la Fuerza de Gravedad y la  Fuerza Electromagnética que en conjunto rigen nuestro Universo.Generalmente a estas se les conoce como "Fuerzas Fundamentales" o "Interacciones Fundamentales" y es gracias a ellas que el Universo desde lo mas grande hasta lo mas pequeño puede funcionar en una perfecta armonía .

Las 4 Fuerzas Fundamentales

Casi toda la historia de la física moderna se ha centrado en la unificación de estas interacciones, y hasta ahora la interacción débil y la electromagnética se han podido unificar en la interacción electrodébil. En cambio, la unificación de la fuerte con la electrodébil es el motivo de toda la teoría de la gran unificación. Y finalmente, la teoría del todo involucraría esta interacción electronuclear con la gravedad. Pero vamos a conocer de una manera mas detallada estas fuerzas.

FUERZA DE GRAVEDAD

La primera fuerza es una que nos enseñan desde pequeños es la gravedad y de la que nos dicen que es responsable de mantenernos sobre la tierra sin salir desperdigados al espacio,pero la gravedad es mas que eso,si lo vemos desde un punto de vista mas grande la fuerza de gravedad origina los movimientos a gran escala que se observan en el universo: la órbita de la Luna alrededor de la Tierra, las órbitas de los planetas alrededor del Sol, etcétera. A escala cosmológica es la interacción dominante, pues gobierna la mayoría de los fenómenos de grandes dimensiones.

Orbita de la Luna alrededor de la Tierra

Todos conocemos la historia de como se descubrió la gravedad  cuenta la la leyenda que un día Newton sentado bajo un árbol pensado quizás en algún problema matemático siente sobre su cabeza cae una manzana,como buen científico comienza a buscar respuestas del por que cayo sobre el la manzana.Mas tarde explicare que la manzana al igual que los objetos caen debido a la existencia de una fuerza muy poderosa a la que llamo Gravedad el conjeturo que la misma originaba una aceleración constante en estos cuerpos mientras caían. Esto marco una revolución en la física de aquellos días ya que con las nuevas ideas de Newton se pudo explicar de manera precisa el movimiento de los planetas y si establecieron nuevas leyes que dieron origen a la Mecanica Newtoniana.

LEY DE GRAVITACIÓN UNIVERSAL

Sin duda alguna las nuevas ideas propuestas por Newton fueron dignas de su genio indiscutible pero lo que lo catapulto como una de las mentes mas grandes que existió fue una ley que describía de manera cuantitativa la fuerza con la que que 2 cuerpos con masa se atraían que lleva por nombre LEY DE GRAVITACIÓN UNIVERSAL.Así en 1687 Newton dedujo que la fuerza con que se atraen dos cuerpos de diferente masa únicamente depende del valor de sus masas y del cuadrado de la distancia que los separa. También se observa que dicha fuerza actúa de tal forma que es como si toda la masa de cada uno de los cuerpos estuviese concentrada únicamente en su centro, es decir, es como si dichos objetos fuesen únicamente un punto, lo cual permite reducir enormemente la complejidad de las interacciones entre cuerpos complejos.Otro punto importante es que este tipo de ley es de inverso cuadrado esto quiere decir que los efectos de atracción van a ser mas notorios depende que tan alejado o cerca estén los cuerpos uno del otro.

“La fuerza ejercida entre dos cuerpos de masas m1 y m2 separados una distancia r es proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa”

La constante G que aparece en la formula es un coeficiente de proporcionalidad cuyo valor Newton no determino.El valor de G fue obtenido mas tarde por Henry Cavendish en 1798 que despues de repetidas mediciones obtuvo el siguiente valor:

                         

Henry Cavendish

Para calcular este valor Cavendish llevo a cabo un ingenioso experimento con una balanza de torsión que fue inventada primeramente por Coulomb,quien formulo la ley fundamental,para ángulos pequeños,el angulo girado es proporcional al par aplicado.El propio Coulomb utilizo su balanza para establecer la ley fundamental de la electrostática (1785).Unos años mas tarde Henry Cavendish midió por primera vez la costante de gravitación universal con una balanza de torsión semejante a la usada por Coulomb. En esta medicion la constante se determina a partir del angulo girada por el hilo que sostiene un sistema constituido por 2 varillas en cuyos extremos se han dispuesto dos esferas idénticas cuando se les acercan otras 2 grandes esferas de plomo dispuestas en los extremos de otro sistemas de varillas.

Balanza de torsion de H.Cavendish

Con el valor de la constante G ya bien definido,la ley de gravitación al fin estaba completa.Lo hermoso de esta ley es que se pudieron calcular diferentes problemas, en especial aquellos referentes al movimiento planetario de ahi radica su importancia.También gracias a ella se pudo calcular la masa de la tierra.

CALCULO DE LA MASA DE LA TIERRA A PARTIR DE LA LEY DE GRAVITACIÓN UNIVERSAL DE NEWTON

Conociendo la constante de gravitación y el radio de la Tierra(el radio aproximado de la tierra es de 6370 km considerando a la Tierra como una esfera perfecta ) es posible calcular la masa de nuestro planeta a partir de la aceleración de la gravedad.Es decir si nosotros consideramos un cuerpo en caída libre sabemos que caerá con un aceleración igual a  9.8 m/s,este así mismo tiene una masa "m" y formual que relaciona ambos conceptos es:

Esta formula nos ayuda a determinar el peso de un cuerpo,pero de una manera mas formal se puede decir que el peso es el valor de la fuerza con la que la tierra atrae a un cuerpo con masa "m" muy proximo a su superficie provocando en el una aceleración y la formula la podemos escribir asi:

Pero siendo esa fuerza consecuencia de la atracción gravitatoria debe ser:

Igualamos amabas ecuaciones:

Eliminamos términos semejantes:

Y la ecuación se reescribe a :

Despejamos :

Acomodando términos  finalmente nos queda:

Y con esta ecuación es que nosotros podemos calcular la masa de la tierra.Un dato importante es que "G" es una constante por lo tanto su valor no varia ademas es un escalar ,mientras que "g" no es una constante por  tanto varia y es un vector. Con estas ideas Isaac Newton se consagro como un científico excepcional de haber existido el premio nobel en aquellos días no dudo que se lo hubiera ganado y no solo por esto si no tambien por las aportaciones matemáticas al Calculo pero esa es otra historia.

Pero dejando a un lado todo esto había un secreto que escondía Newton un secreto muy bochornoso.Con su ley el logro determinar como era la fuerza con que 2 cuerpos con masa se atraían como consecuencia de la gravedad,pero el no sabia como funcionaba la gravedad. Simplemente no entendía si funcionaba de manera espontanea o si había algo mas ahí.Como no consiguió respuesta  decidió dejarlo así y por mas de 200 años esta duda no fue respondida ,hasta que un joven alemán de una oficina de patentes encontró la respuesta con un concepto innovador llamado RELATIVIDAD ,refutando completamente completamente las ideas de Newton sin importarle que se enfrentara en aquel momento al Dios de la física.El hombre de quien les hablo bien conocido por todos es ALBERT EINSTEIN. De el y sus descubrimientos les hablare en la siguiente entrada hasta la próxima.

Les dejo un documental para que entiedan mejor esto y tengan una breve introducción a la RELATIVIDAD.

                  " SI HE VISTO MAS LEJOS ES POR QUE ME HE PARADO SOBRE HOMBROS DE GIGANTES"....ISAAC NEWTON