Fuerzas de la Naturaleza

Todas las fuerzas observadas pueden explicarse en función de cuatro interacciones básicas, conocidas como fuerzas de la Naturaleza. Estas interacciones responden a leyes distintas, aunque a lo largo de la historia de la física se han hecho grandes esfuerzos, sin éxito, por encontrar una ley que las unificara, en lo que se conoce como “Teoría del Todo” , hasta ahora se han unificado tres de ellas (excepto la gravitatoria).
Estas fuerzas se combinan entre sí a nivel macroscópico para dar lugar a las fuerzas que detectamos en la vida cotidiana y que comentaremos en el apartado de Ejemplos de Fuerzas.

Las cuatro interacciones básicas son las siguientes:

• Fuerza gravitatoria: todos los cuerpos ejercen entre sí una fuerza de atracción por tener una masa distinta de cero. Newton encontró la manera de calcular esta fuerza, a través de la conocida como Ley de Gravitación Universal:
  
  
  G es la constante de Gravitación Universal, llamada así porque no depende del medio en el que se encuentren las masas que interaccionan. Su valor es 6.67 10^-11 Nm²/kg².


• Fuerza electromagnética: Aparece entre partículas con carga eléctrica. Inicialmente se pensó que las cargas eléctricas eran las fuentes de la fuerza eléctrica y que los imanes eran las fuentes de las fuerzas magnéticas, siendo interacciones totalmente independientes. Posteriormente, Maxwell unificó ambas teorías en las ecuaciones de Maxwell, demostrando que las cargas en movimiento son las fuentes de las fuerzas magnéticas, por lo que se pasó a hablar ya de una única fuerza, la fuerza electromagnética.
La fuerza que actúa entre cargas en reposo (fuerza electrostática) responde a la Ley de Coulomb:


k es la es la constante de Coulomb, que depende del medio. En el vacío vale 9 10⁹ Nm²/C², y , por ejemplo, en el vidrio vale 1.16 10⁹ Nm²/C².

Observando la expresión de la Ley de Coulomb, se cumple que cuando las cargas eléctricas son de distinto signo la fuerza es atractiva, cuando las cargas son del mismo signo, la fuerza es repulsiva.



• Fuerza nuclear fuerte: Si cargas del mismo signo se repelen, ¿cómo es posible que los protones permanezcan en posiciones estables dentro del núcleo? Las distancias entre ellos son del orden de 10^-15 m, por lo que la fuerza de repulsión electrostática es muy grande (del orden de 230 N). La estabilidad de los núcleos atómicos se explica gracias a una nueva interacción (nuclear fuerte) de distinta naturaleza que la electrostática, que actúa de forma atractiva entre protones y neutrones. El estudio de esta fuerza (al igual que la débil) queda fuera del ámbito de este curso; su alcance es sólo del orden del tamaño del núcleo atómico, por lo que no forma parte de nuestra experiencia cotidiana.
• Fuerza nuclear débil: Esta fuerza es muy compleja, baste con indicar que es la responsable de la desintegración de los núcleos radiactivos y también de la producción de radiación y energía calorífica en el sol mediante procesos de fusión nuclear.

  Para más información sobre estas fuerzas, consultar el libro Física General, de Burbano Ercilla.