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Forças fundamentais da natureza

Física

Existem quatro forças fundamentais da natureza que são responsáveis por todos os fenômenos conhecidos.
A maçã é sempre lembrada e relacionada à descrição da gravidade, fornecida por Isaac Newton
A maçã é sempre lembrada e relacionada à descrição da gravidade, fornecida por Isaac Newton
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As forças fundamentais da natureza são aquelas que aparentemente não podem ser descritas em termos mais básicos e estão ligadas às interações presentes em toda a matéria. Existem quatro tipos de forças fundamentais: gravitacional, eletromagnética, forte e fraca. 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

A força gravitacional é somente atrativa e atua entre todas as partículas que possuem massa (férmions), no entanto, 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

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.

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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 forte

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 fraca

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:

 

Por Rafael Helerbrock
Graduado em Física

Gostaria de fazer a referência deste texto em um trabalho escolar ou acadêmico? Veja:

HELERBROCK, Rafael. "Forças fundamentais da natureza"; Brasil Escola. Disponível em <https://brasilescola.uol.com.br/fisica/forcas-fundamentais-natureza.htm>. Acesso em 21 de setembro de 2018.

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