As Quatro Forças
Para compreender as supernovas, é necessário compreender as estrelas, os planetas e como são formados. e para isso, é necessário comprender as leis que os regem e as forças que atuam sobe os mesmos.
O que é uma força? Todos nós temos uma noção intuitiva do que seja uma força. Quando suspendemos um objeto, empuramos um móvel ou arremessamos uma pedra, exercemos uma força que provoca um movimento ou deslocamento. No entanto, a experiência cotidiana nos leva a crer que quando a força cessa, o movimento também cessa. Afinal, quando soltamos o objeto que suspendemos ele tende a cair. Quando paramos de empurrar o móvel, o mesmo se imobiliza. e não importa com quanta força tenhamos arremessado a pedra, em poucos segundos ela cai e fica imóvel. Às vezes nos esquecemos de que o objeto que suspendemos, quando solto, cai porque há outra força que o puxa para baixo. Ou que se o móvel tiver rodinhas, pode continuar se movendo por algns metros depois do impulso inicial. Mas quando nos damos conta disso, percebemos que nosso conceito de força precisa de uma revisão.
O primeiro a formular uma teoria consistente e matematicamente embasada para o conceito de força foi o físico inglês Isaac Newton. Observando pequenos carrinhos se deslocando em uma superfície plana e polida, com baixo atrito, ele formulou, a partir de seus experimentos, 3 "Leis" do movimento. São elas:
Primeira Lei: Todo corpo continua em seu estado de repouso ou de movimento uniforme em uma linha reta, a menos que seja forçado a mudar aquele estado por forças aplicadas sobre ele. Ou seja, se um corpo (um objeto qualquer) estiver em repouso (parado) ou em movimento, se nenhuma força for aplicada ao mesmo, a tendência é de preservar o estado inicial, seja parado ou em movimento
Segunda Lei: A mudança de movimento é proporcional à força motora imprimida, e é produzida na direção da linha reta na qual aquela força é imprimida. Em outras palavras, se uma força for aplicada a um corpo, o mesmo vai sofrer uma mudança em sua velocidade. Esta mudança vai acontecer na direção em que a força foi aplicada. Se a um objeto parado for aplicada uma força, a tendência é do mesmo acelerar, ou seja, ganhar velocidade, na direção em que a força foi aplicada. Esta variação depende apenas da força aplicada ao corpo e de sua massa. Em nosso dia a dia, associamos a massa de um corpo ao seu peso. Isso ocorre por razões históricas que discutirei mais tarde.
A Segunda Lei pode ser expressa da equação: F=ma, onde;
"F" é a força aplicada ao corpo (por exemplo, um empurão);
"m" é a massa do corpo;
"a" é a sua aceleração, ou seja, a razão pela qual a velocidade deste corpo se altera.
Se a força "F" for constante, ou seja, não variar nem de intensidade e nem de direção, o corpo será acelerado com uma aceleração "a", também constante.
Terceira Lei: A toda ação há sempre uma reação oposta e de igual intensidade, ou, as ações mútuas de dois corpos um sobre o outro são sempre iguais e dirigidas a partes opostas. Ou seja, se eu empurro o guarda-roupa, ele me empurra de volta com uma força semelhante, mas oposta. Quando uma pessoa caminha sobre a superfície da Terra, o impulso do pé sobre o chão empurra a pessoa para frente. No entanto, a pessoa também empurra o chão para trás com a mesma força. Como a massa da Terra é muito maior que a da pessoa, seu deslocamento para trás é imperceptível.
Com essas 3 leis, Newton criou um método para analizar objetos em movimento e as forças aos quais estes estão sujeitos. No entanto, estas três "Leis" não explicam o que é uma força, apenas nos dão uma pista de como deve ser seu comportamento. Somente no final do século XIX e começo do XX é que o conceito de "força" começou a ser melhor compreendido. Compreendeu-se também que existem 4 forças distintas. Todos os demais são manifestações de uma ou mais dentre essas 4. São elas, em ordem crescente de intensidade:
Primeira Força - Nuclear Forte.
A Força Nuclear Forte é a força que está associada às reações no núcleo dos átomos. É a "cola" que mantém unidos os protons no núcleo, apesar da gigantesca força de repulsão entre eles, como veremos adiante. É fortemente atrativa em distâncias muito curtas, como o tamanho de um núcleo atômico. e fortemente repulsiva emm distâncias maiores.
Segunda Força - Eletromagnética.
A Força Eletromagnética engloba as forças elétricas e magnéticas. É milhares de vezes mais fraca que a Força Nuclear, mas possui longo alcance, pois sua intensidade vairia com o inverso do quadrado, ou seja, se aumenta a distância em 2 vezes, a intensidade da força é dividida por 4. Existem 2 tipos de força eletromagnética, que são a positiva e a negativa. Forças do mesmo tipo se repelem, enquanto as de tipo diferentes se atraem. Uma forma de manifestação da Força eletromagmética envolvendo os dois tipos é o foton, associado à luz e às ondas de rádio, raios X, etc, conhecidos como ondas eletromagnéticas.
A força eletromagnética dá conta da grande maioria das manifestações de força com as quais convivemos no dia a dia. Quando eu empurro o guarda-roupa, são os campos elétricos e magnéticos que existem entre a minha mão e a madeira que exercem a força que o empurra (e que me empurra de volta). As reações quimicas, forças de atrito, calor e a luz do Sol são todos manifestações da força eletromagnética.
Terceira Força - Nuclear Fraca.
A Força Nuclear Fraca é dez bilhões de vezes mais fraca de a Força eletromagnética. Apesar de tão pouco intensa, ela é importante porque está associada a certos fenômenos nucleares, associados à radioatividade. Entre as partículas que transportam a Força Nuclear Fraca, destaca-se o Neutrino, que terá grande importância em nosso caminho em direção às supernovas.
Quarta Força - Gravitacional.
A Força Gravitacional é, de longe, a mais fraca de todas as forças. Se a Força Eletromagnética fosse 1, a Gravitacional seria 10 elevado a -39, ou seja, 0,000000000000000000000000000000000000001. Apesar dessa escala quase infinitesimal, a Força Gravitacional é fundamental para a formação de planetas, estrelas, galáxias e do próprio Universo. Isso devido a 2 propriedades. Em primeiro lugar, ao contrário da Força Eletromagnética, ela é sempre atrativa. Como todas as partículas de matéria exercem a Força Gravitacional, seu efeito é cumultivo. Quato mais matéria for acumulada, maior será o efeito da Força Gravitacional. Em segundo lugar, esta força também obedece a lei do inverso do quadrado, como a Eletromagnética. Isto significa que a Força Gravitacional diminui de intensidade com a distância, mas sempre se fará sentir, não importa quão distante estejamos de sua fonte.
Esta é uma descrição muito breve das 4 forças e de como elas atuam. Assim como nas Leis de Newton, não temos uma explicação do que é uma força, de onde ela vem ou por que se comporta se um modo e não de outro. Na tentativa de compreender o Universo, a ciência desistiu de se preocupar com o "por quê" e passou a se concentrar no "como". Mas com o modedo das 4 forças, temos condições de fazer previsões sobre como o Universo deve se comportar.
Para saber mais:
Wikipedia - Partículas e Forças
Asimov, Isaac - O Colapso do Universo - Ed. Francisco Alves
Hawking, Stephen W. - Uma Breve História do Tempo - Ed. Rocco
O que é uma força? Todos nós temos uma noção intuitiva do que seja uma força. Quando suspendemos um objeto, empuramos um móvel ou arremessamos uma pedra, exercemos uma força que provoca um movimento ou deslocamento. No entanto, a experiência cotidiana nos leva a crer que quando a força cessa, o movimento também cessa. Afinal, quando soltamos o objeto que suspendemos ele tende a cair. Quando paramos de empurrar o móvel, o mesmo se imobiliza. e não importa com quanta força tenhamos arremessado a pedra, em poucos segundos ela cai e fica imóvel. Às vezes nos esquecemos de que o objeto que suspendemos, quando solto, cai porque há outra força que o puxa para baixo. Ou que se o móvel tiver rodinhas, pode continuar se movendo por algns metros depois do impulso inicial. Mas quando nos damos conta disso, percebemos que nosso conceito de força precisa de uma revisão.
O primeiro a formular uma teoria consistente e matematicamente embasada para o conceito de força foi o físico inglês Isaac Newton. Observando pequenos carrinhos se deslocando em uma superfície plana e polida, com baixo atrito, ele formulou, a partir de seus experimentos, 3 "Leis" do movimento. São elas:
Primeira Lei: Todo corpo continua em seu estado de repouso ou de movimento uniforme em uma linha reta, a menos que seja forçado a mudar aquele estado por forças aplicadas sobre ele. Ou seja, se um corpo (um objeto qualquer) estiver em repouso (parado) ou em movimento, se nenhuma força for aplicada ao mesmo, a tendência é de preservar o estado inicial, seja parado ou em movimento
Segunda Lei: A mudança de movimento é proporcional à força motora imprimida, e é produzida na direção da linha reta na qual aquela força é imprimida. Em outras palavras, se uma força for aplicada a um corpo, o mesmo vai sofrer uma mudança em sua velocidade. Esta mudança vai acontecer na direção em que a força foi aplicada. Se a um objeto parado for aplicada uma força, a tendência é do mesmo acelerar, ou seja, ganhar velocidade, na direção em que a força foi aplicada. Esta variação depende apenas da força aplicada ao corpo e de sua massa. Em nosso dia a dia, associamos a massa de um corpo ao seu peso. Isso ocorre por razões históricas que discutirei mais tarde.
A Segunda Lei pode ser expressa da equação: F=ma, onde;
"F" é a força aplicada ao corpo (por exemplo, um empurão);
"m" é a massa do corpo;
"a" é a sua aceleração, ou seja, a razão pela qual a velocidade deste corpo se altera.
Se a força "F" for constante, ou seja, não variar nem de intensidade e nem de direção, o corpo será acelerado com uma aceleração "a", também constante.
Terceira Lei: A toda ação há sempre uma reação oposta e de igual intensidade, ou, as ações mútuas de dois corpos um sobre o outro são sempre iguais e dirigidas a partes opostas. Ou seja, se eu empurro o guarda-roupa, ele me empurra de volta com uma força semelhante, mas oposta. Quando uma pessoa caminha sobre a superfície da Terra, o impulso do pé sobre o chão empurra a pessoa para frente. No entanto, a pessoa também empurra o chão para trás com a mesma força. Como a massa da Terra é muito maior que a da pessoa, seu deslocamento para trás é imperceptível.
Com essas 3 leis, Newton criou um método para analizar objetos em movimento e as forças aos quais estes estão sujeitos. No entanto, estas três "Leis" não explicam o que é uma força, apenas nos dão uma pista de como deve ser seu comportamento. Somente no final do século XIX e começo do XX é que o conceito de "força" começou a ser melhor compreendido. Compreendeu-se também que existem 4 forças distintas. Todos os demais são manifestações de uma ou mais dentre essas 4. São elas, em ordem crescente de intensidade:
Primeira Força - Nuclear Forte.
A Força Nuclear Forte é a força que está associada às reações no núcleo dos átomos. É a "cola" que mantém unidos os protons no núcleo, apesar da gigantesca força de repulsão entre eles, como veremos adiante. É fortemente atrativa em distâncias muito curtas, como o tamanho de um núcleo atômico. e fortemente repulsiva emm distâncias maiores.
Segunda Força - Eletromagnética.
A Força Eletromagnética engloba as forças elétricas e magnéticas. É milhares de vezes mais fraca que a Força Nuclear, mas possui longo alcance, pois sua intensidade vairia com o inverso do quadrado, ou seja, se aumenta a distância em 2 vezes, a intensidade da força é dividida por 4. Existem 2 tipos de força eletromagnética, que são a positiva e a negativa. Forças do mesmo tipo se repelem, enquanto as de tipo diferentes se atraem. Uma forma de manifestação da Força eletromagmética envolvendo os dois tipos é o foton, associado à luz e às ondas de rádio, raios X, etc, conhecidos como ondas eletromagnéticas.
A força eletromagnética dá conta da grande maioria das manifestações de força com as quais convivemos no dia a dia. Quando eu empurro o guarda-roupa, são os campos elétricos e magnéticos que existem entre a minha mão e a madeira que exercem a força que o empurra (e que me empurra de volta). As reações quimicas, forças de atrito, calor e a luz do Sol são todos manifestações da força eletromagnética.
Terceira Força - Nuclear Fraca.
A Força Nuclear Fraca é dez bilhões de vezes mais fraca de a Força eletromagnética. Apesar de tão pouco intensa, ela é importante porque está associada a certos fenômenos nucleares, associados à radioatividade. Entre as partículas que transportam a Força Nuclear Fraca, destaca-se o Neutrino, que terá grande importância em nosso caminho em direção às supernovas.
Quarta Força - Gravitacional.
A Força Gravitacional é, de longe, a mais fraca de todas as forças. Se a Força Eletromagnética fosse 1, a Gravitacional seria 10 elevado a -39, ou seja, 0,000000000000000000000000000000000000001. Apesar dessa escala quase infinitesimal, a Força Gravitacional é fundamental para a formação de planetas, estrelas, galáxias e do próprio Universo. Isso devido a 2 propriedades. Em primeiro lugar, ao contrário da Força Eletromagnética, ela é sempre atrativa. Como todas as partículas de matéria exercem a Força Gravitacional, seu efeito é cumultivo. Quato mais matéria for acumulada, maior será o efeito da Força Gravitacional. Em segundo lugar, esta força também obedece a lei do inverso do quadrado, como a Eletromagnética. Isto significa que a Força Gravitacional diminui de intensidade com a distância, mas sempre se fará sentir, não importa quão distante estejamos de sua fonte.
Esta é uma descrição muito breve das 4 forças e de como elas atuam. Assim como nas Leis de Newton, não temos uma explicação do que é uma força, de onde ela vem ou por que se comporta se um modo e não de outro. Na tentativa de compreender o Universo, a ciência desistiu de se preocupar com o "por quê" e passou a se concentrar no "como". Mas com o modedo das 4 forças, temos condições de fazer previsões sobre como o Universo deve se comportar.
Para saber mais:
Wikipedia - Partículas e Forças
Asimov, Isaac - O Colapso do Universo - Ed. Francisco Alves
Hawking, Stephen W. - Uma Breve História do Tempo - Ed. Rocco
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