Le forze
Cultura
LE FORZE FONDAMENTALI
A tutt'oggi sappiamo che nell'universo agiscono quattro tipi di forze:La forza gravitazionale,
La forza elettromagnetica,
La forza nucleare debole
La forza nucleare forte.
La forza gravitazionale e' comune a tutta la materia: tutti i corpi materiali si attirano reciprocamente.
La forza elettromagnetica e' prodotta dalle cariche elettriche: essa e' sia attrattiva che repulsiva.
La forza nucleare debole agisce all'interno dei nuclei atomici: essa e' responsabile della radioattività.
La forza nucleare forte agisce all'interno dei nuclei atomici: essa tiene assieme protoni e neutroni.
FORZA GRAVITAZIONALE
La legge di gravitazione universale fu introdotta da Isaac Newton nel testo fondamentale ''Principia Mathematica'' nel 1867. "Qualsiasi oggetto dell'Universo attrae ogni altro oggetto con una forza diretta lungo la linea che congiunge i baricentri dei due oggetti, di intensita' direttamente proporzionale al prodotto delle loro masse ed inversamente proporzionale al quadrato della loro distanza". Cio' equivale alla seguente formulazione algebrica: dove:
F=modulo della forza gravitazionale intercorrente tra i corpi;
G=costante di gravitazione universale;
m1=massa del primo corpo;
m2=massa del secondo corpo;
r=modulo della distanza tra i due corpi.
FORZA ELETTROMAGNETICA
L'elettromagnetismo e' la branca della fisica che studia i fenomeni di natura elettrica e magnetica, tra cui i campi magnetici prodotti dalle correnti elettriche, e le correnti elettriche prodotte dai campi magnetici variabili, il cui comportamento classico e' descritto dalle equazioni di Maxwell, e quantisticamente dall'elettrodinamica quantistica. Tra la forza elettrica e magnetica esiste una forte analogia, infatti entrambe sono sia attrattive che repulsive e diminuiscono con il crescere del quadrato della distanza. La teoria dell'elettromagnetismo permette di dare un'interpretazione generale del magnetismo riconducendolo sempre al moto di cariche elettriche. Ci possono essere due casi: quando una carica e' fissa rispetto ad un osservatore situato nel campo circostante, egli percepisce solo la presenza di un campo elettrico; quando invece la carica si muove, l'osservatore percepisce anche la presenza di un campo magnetico. Questi si interpretano con il fatto che il magnetismo e' una conseguenza del moto relativo di una carica rispetto all'osservatore, e cio' e' una conseguenza di una teoria ancora piu' generale che e' la relativita'. Una interpretazione congiunta dei fenomeni elettrici e di quelli magnetici venne fornita da Maxwell, sottolineando l'importanza delle induzioni generate dai campi stessi. In quattro leggi fondamentali, egli riunisce tutti gli studi e i fenomeni elettromagneti osservati nel diciannovesimo secolo.
FORZA NUCLEARE DEBOLE
La forza nucleare debole e' l'unica forza che agisce su le coppie di particelle elementari. Ha raggio d'azione breve ed e' 100.000 volte piu' debole della forza forte. Questa forza non e' in grado di tenere unite delle particelle e, data la sua debolezza, permette al neutrone di scindersi in un protone, elettrone e neutrino (decadimento beta). I fenomeni legati alla forza nucleare debole sono strettamente legati a quelli elettromagnetici. Per questo e' stata creata la forza elettrodebole, la quale interpreta entrambi i fenomeni in un'unica teoria.
La legge di gravitazione universale fu introdotta da Isaac Newton nel testo fondamentale ''Principia Mathematica'' nel 1867. "Qualsiasi oggetto dell'Universo attrae ogni altro oggetto con una forza diretta lungo la linea che congiunge i baricentri dei due oggetti, di intensita' direttamente proporzionale al prodotto delle loro masse ed inversamente proporzionale al quadrato della loro distanza". Cio' equivale alla seguente formulazione algebrica: dove:
F=modulo della forza gravitazionale intercorrente tra i corpi;
G=costante di gravitazione universale;
m1=massa del primo corpo;
m2=massa del secondo corpo;
r=modulo della distanza tra i due corpi.
FORZA ELETTROMAGNETICA
L'elettromagnetismo e' la branca della fisica che studia i fenomeni di natura elettrica e magnetica, tra cui i campi magnetici prodotti dalle correnti elettriche, e le correnti elettriche prodotte dai campi magnetici variabili, il cui comportamento classico e' descritto dalle equazioni di Maxwell, e quantisticamente dall'elettrodinamica quantistica. Tra la forza elettrica e magnetica esiste una forte analogia, infatti entrambe sono sia attrattive che repulsive e diminuiscono con il crescere del quadrato della distanza. La teoria dell'elettromagnetismo permette di dare un'interpretazione generale del magnetismo riconducendolo sempre al moto di cariche elettriche. Ci possono essere due casi: quando una carica e' fissa rispetto ad un osservatore situato nel campo circostante, egli percepisce solo la presenza di un campo elettrico; quando invece la carica si muove, l'osservatore percepisce anche la presenza di un campo magnetico. Questi si interpretano con il fatto che il magnetismo e' una conseguenza del moto relativo di una carica rispetto all'osservatore, e cio' e' una conseguenza di una teoria ancora piu' generale che e' la relativita'. Una interpretazione congiunta dei fenomeni elettrici e di quelli magnetici venne fornita da Maxwell, sottolineando l'importanza delle induzioni generate dai campi stessi. In quattro leggi fondamentali, egli riunisce tutti gli studi e i fenomeni elettromagneti osservati nel diciannovesimo secolo.
FORZA NUCLEARE DEBOLE
La forza nucleare debole e' l'unica forza che agisce su le coppie di particelle elementari. Ha raggio d'azione breve ed e' 100.000 volte piu' debole della forza forte. Questa forza non e' in grado di tenere unite delle particelle e, data la sua debolezza, permette al neutrone di scindersi in un protone, elettrone e neutrino (decadimento beta). I fenomeni legati alla forza nucleare debole sono strettamente legati a quelli elettromagnetici. Per questo e' stata creata la forza elettrodebole, la quale interpreta entrambi i fenomeni in un'unica teoria.
FORZA NUCLEARE FORTE
La forza nucleare forte tiene uniti i protoni ed i neutroni all'interno del nucleo di un atomo. La forza elettromagnetica tende a far allontanare le particelle con carica uguale (protoni), ma la forza forte anche se ha un raggio d'azione breve riesce a vincere questa repulsione e tiene il nucleo unito. All'interno dei nucleoni i quark vengono tenuti ben saldati da questa forza, che e' la piu' forte di tutte, scambiandosi le particelle virtuali che fungono da mediatori. La forza nucleare forte e' estremamente intensa e, se liberata, essa sprigiona immense energie. L'energia che le stelle producono e' dovuta alle reazioni nucleari che avvengono nel loro interno. Qui sulla terra, l'uomo sta utilizzando questa energia per tentare di risolvere per sempre i propri bisogni energetici ma tuttora i problemi relativi alla produzione di questa energia sono enormi sia in termini di impatto ambientale (scorie radioattive) che in termini di controllo della medesima (problema del confinamento della fusione).
TEORIA DELLA GRANDE UNIFICAZIONE
Il Modello Standard della fisica delle particelle e' una teoria che descrive insieme tre delle quattro forze fondamentali, cioe' l'interazione nucleare forte, l'elettromagnetismo e l'interazione nucleare debole (queste ultime due unificate nell'interazione elettrodebole), nonche' le proprieta' di tutte le particelle fondamentali che costituiscono la materia. Si tratta di una teoria di campo quantistica, coerente sia con la meccanica quantistica che con la relativita' speciale.
La forza nucleare forte tiene uniti i protoni ed i neutroni all'interno del nucleo di un atomo. La forza elettromagnetica tende a far allontanare le particelle con carica uguale (protoni), ma la forza forte anche se ha un raggio d'azione breve riesce a vincere questa repulsione e tiene il nucleo unito. All'interno dei nucleoni i quark vengono tenuti ben saldati da questa forza, che e' la piu' forte di tutte, scambiandosi le particelle virtuali che fungono da mediatori. La forza nucleare forte e' estremamente intensa e, se liberata, essa sprigiona immense energie. L'energia che le stelle producono e' dovuta alle reazioni nucleari che avvengono nel loro interno. Qui sulla terra, l'uomo sta utilizzando questa energia per tentare di risolvere per sempre i propri bisogni energetici ma tuttora i problemi relativi alla produzione di questa energia sono enormi sia in termini di impatto ambientale (scorie radioattive) che in termini di controllo della medesima (problema del confinamento della fusione).
TEORIA DELLA GRANDE UNIFICAZIONE
Il Modello Standard della fisica delle particelle e' una teoria che descrive insieme tre delle quattro forze fondamentali, cioe' l'interazione nucleare forte, l'elettromagnetismo e l'interazione nucleare debole (queste ultime due unificate nell'interazione elettrodebole), nonche' le proprieta' di tutte le particelle fondamentali che costituiscono la materia. Si tratta di una teoria di campo quantistica, coerente sia con la meccanica quantistica che con la relativita' speciale.