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T6: Física nuclear
Interacciones fundamentales
Teoría
2017 · Ordinaria · Titular
4A-a
Examen
a) Describa brevemente las interacciones fundamentales de la naturaleza. Compare su alcance e intensidad.
Fuerzas fundamentalesGravitaciónElectromagnetismo+2
Interacciones fundamentales de la naturaleza

Existen cuatro interacciones fundamentales que explican todos los fenómenos físicos conocidos:

1) Interacción gravitatoria: Es la más débil de todas, pero tiene alcance infinito. Actúa entre todas las partículas que poseen masa. Es siempre atractiva y es la responsable de fenómenos a gran escala: la caída de los cuerpos, las órbitas de los planetas, la formación de galaxias, etc. Está descrita por la Ley de Gravitación Universal de Newton y, más precisamente, por la Teoría General de la Relatividad de Einstein. Su intensidad relativa es de aproximadamente 10−3810^{-38} (comparada con la fuerza fuerte).2) Interacción electromagnética: Actúa entre partículas que poseen carga eléctrica. Puede ser atractiva (cargas opuestas) o repulsiva (cargas iguales). Tiene alcance infinito, aunque decrece con la distancia. Es la responsable de los fenómenos eléctricos, magnéticos y de la luz, así como de la estructura de los átomos y las moléculas, y por tanto de la química. Está descrita por las ecuaciones de Maxwell. Su intensidad relativa es del orden de 10−210^{-2} respecto a la fuerza fuerte.3) Interacción nuclear fuerte (o fuerza fuerte): Es la más intensa de todas las fuerzas fundamentales. Actúa entre quarks (componentes de los protones y neutrones) y, a mayor escala, mantiene unidos los protones y neutrones en el núcleo atómico, venciendo la repulsión electromagnética entre protones. Su alcance es muy corto, del orden de 10−1510^{-15} m (del tamaño del núcleo atómico). Su intensidad relativa se toma como 1 (referencia).4) Interacción nuclear débil (o fuerza débil): Actúa entre partículas subatómicas como quarks y leptones. Es responsable de ciertos tipos de desintegración radiactiva, como la desintegración beta (β\beta), en la que un neutrón se transforma en un protón emitiendo un electrón y un antineutrino. Su alcance es extremadamente corto, del orden de 10−1810^{-18} m (inferior al tamaño del protón). Su intensidad relativa es de aproximadamente 10−510^{-5} respecto a la fuerza fuerte.
Tabla comparativa de alcance e intensidad

Ordenadas de mayor a menor intensidad:

Fuerza fuerte: Intensidad relativa ∼1\sim 1 — Alcance ∼10−15\sim 10^{-15} mFuerza electromagnética: Intensidad relativa ∼10−2\sim 10^{-2} — Alcance infinitoFuerza débil: Intensidad relativa ∼10−5\sim 10^{-5} — Alcance ∼10−18\sim 10^{-18} mFuerza gravitatoria: Intensidad relativa ∼10−38\sim 10^{-38} — Alcance infinito

Conclusión: Las fuerzas con mayor alcance (gravitatoria y electromagnética) son las dominantes a escalas macroscópicas. Las fuerzas nucleares (fuerte y débil) solo actúan a distancias subatómicas. Paradójicamente, la gravedad, siendo la más débil de todas, domina a escala astronómica porque actúa sobre toda masa sin cancelarse, mientras que las cargas eléctricas tienden a compensarse a grandes distancias.