Trabalho forças da Natureza- Física I

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DO OESTE DO PARANÁ
CAMPUS TOLEDO
CENTRO DE ENGENHARIAS E CIÊNCIAS EXATAS – CECE
CURSO DE ENGENHARIA QUÍMICA
Forças da Natureza
Prof.ª Dr.ª Rosemeire Aparecida da Silva de Lucca
Discente: Tainara Marcela de Oliveira Corrêa
Toledo, Paraná 
2022
INTRODUÇÃO
A existência de maremotos, tempestades, terremotos, tsunamis, erupções vulcânicas, ciclones e diversos efeitos climáticos que ocorrem em nosso planeta são provocados por razão de Forças da Natureza que, mesmo com altas tecnologias, o homem não pode dominar, pois muitas delas são provocadas por efeitos, tais como movimento de maré e as forças dinâmicas que ocorrem nas placas tectônicas, provocando ondas gigantes, acompanhadas de catástrofes.[1] Desse modo, para que haja interação entre os objetos, não há necessidade de eles estarem próximos. Podem surgir forças entre objetos mesmo que eles estejam muito longe uns dos outros. São forças cuja ação se dá à distância. Nesta categoria estão as forças fundamentais da natureza. Nós dizemos fundamentais porque, na realidade, todas as demais forças podem ser explicadas como resultado da atuação destas forças.[2] Diante das forças da natureza, encontramos quatro tipos, a força gravitacional, força eletromagnética, força nuclear forte e fraca. A partir disso obtém- se os valores de interação fundamental na tabela 1 abaixo.
TABELA 1: Interação fundamental das forças da natureza:
	Força
	Intensidade
	Teoria
	Medidor
	Forte
	10
	Cromodianâmica quântica
	gluon
	Eletromagnética
	10-2
	Eletrodinâmica
	Fóton
	Fraca
	10-13
	Flavordinâmica
	W± e Z0
	Gravitacional
	10-42
	Geometrodinâmica
	Gravition
FORÇA GRAVITACIONAL
O exemplo mais simples de forças, uma vez que faz parte do nosso cotidiano, é a força gravitacional um exemplo disso é a queda dos objetos em direção à superfície terrestre é devida a força gravitacional.[3] Ela é a  mais fraca entre todas, porém é a de maior alcance, sendo a responsável pela estabilidade dinâmica de todo o Universo. Por ser praticamente impossível percebê-la, existem duas propriedades fundamentais: ela é sempre atrativa e age através de grandes distâncias.[4] 
Ao estudar o movimento da Lua, Newton concluiu que a força que faz com que ela esteja constantemente em órbita é do mesmo tipo que a força que a Terra exerce sobre um corpo em suas proximidades. A partir daí criou a Lei da Gravitação Universal, tal lei rege o comportamento interação gravitacional que ocorre devido às massas dos objetos. Se dois objetos de massas m1 e m2 estiverem à uma distância d então surge entre eles uma força de atração (a força gravitacional) podendo ser observado na figura 1. Onde dois corpos atraem-se com força proporcional às suas massas e inversamente proporcional ao quadrado da distância que separa seus centros de gravidade. [1] [3]
Figura 1: Interação gravitacional
Podemos comprovar a Lei da Gravitação Universal, que é uma das forças da Natureza, por diversas formas, tais como: o movimento de queda livre dos corpos; o fato de estarmos presos ao centro da Terra por razão da atração gravitacional que a Terra exerce sobre nós; o movimento de translação dos planetas do sistema solar em torno do sol; os satélites artificiais que orbitam em torno da Terra. [1]
FORÇA ELETROMAGNÉTICA
 A força eletromagnética é aquela que é provocada em virtude do movimento das cargas elétricas, tendo em vista os prótons e elétrons, ela determina as maneiras em que partículas com carga eléctrica interagem umas com as outras, e com campos magnéticos. Esta força pode ser atrativa ou repulsiva. Cargas eléctricas com o mesmo sinal (duas positivas ou duas negativas) repelem-se e com sinais diferentes atraem-se. [1] [4]
Esta força pode aparecer de forma natural através de materiais magnéticos ou, produzidos artificialmente, através da passagem de corrente elétricas em elementos condutores que cria campo magnético, capaz de atrair materiais metálicos paramagnéticos, também podem produzir as denominadas ondas eletromagnéticas, capazes de conduzir informações de comunicações. [1]
A ligação que esta força tem, entre os elétrons, os núcleos atômicos e a união de átomos para a formação das moléculas, são explicadas pela ação da força eletromagnética. A força de atrito, a força normal, a força de tração, por exemplo, resulta da interação entre partículas eletrizadas próximas. São, portanto, forças eletromagnéticas podendo ser notado na figura 2. [5]
O eletromagnetismo tem diversas aplicações na humanidade, tais como: motores elétricos, geradores de energia elétrica, equipamentos de ressonância magnética, equipamentos de telecomunicações, transformadores elétricos, eletroímãs para movimentação de cargas, eletrodomésticos, locomotivas elétricas, metrôs. [1]
Figura 2: Ação da força eletromagnética
FORÇA NUCLEAR FORTE- HADRÔNICA
A força nuclear forte é aquela que ocorre na interação nuclear de forma a regular o modo como a matéria interage entre si permitindo que ela não se desintegre.[1] . Essa força mantém os quarks(Partícula elementar da Física que faz parte da composição da matéria.) juntos no próton e no nêutron, e estes reunidos no núcleo do átomo. Provavelmente essa força deve ser conduzida por outra partícula de spin-1, conhecida como glúon, que interage consigo mesma e com os quarks. [4]
De todas as forças até o momento comprovadas, a mais forte entre elas é a força nuclear forte, que tem a intensidade 1 milhão de vezes maior que a eletromagnética e 10 duodecilhões maior que a força da gravidade. É ocasionada pela interação entre quarks e gluons(partícula fundamental da Física que compõe a matéria), anteriormente se acreditava que a força nuclear, uma das forças da natureza, ocorria entre prótons e nêutrons, com os elétrons orbitando. [1]	
Para entender o que está acontecendo dentro do núcleo, nós precisamos saber mais sobre os quarks que compõem os prótons e nêutrons no núcleo.  Os quarks além da carga eletromagnética têm outro tipo de carga, a chamada carga de cor. A força entre partículas carregadas com cor é muito forte, por isso essa força é, criativamente, chamada de Forte. Assim a ela segura os quarks grudados para formar hádrons; então, suas partículas transportadoras são chamadas de glúons porque elas "colam" os quarks juntos. [6]
A força nuclear forte apresenta uma curiosa propriedade, chamada confinamento: ela sempre liga partículas reunidas em combinações incolores. Não se pode ter um único quark em si mesmo porque ele teria uma cor (vermelha, verde ou azul). Em vez disso, um quark vermelho tem que ser ligado a um verde e a outro azul por uma 'fileira' de glúons (vermelho + verde + azul = branco). Tal trio constitui um próton ou um nêutron. [4]
O fato de que o confinamento evita que se observe um quark isolado, ou um glúon, pode parecer criar toda a noção dos quarks e glúons como partículas de alguma forma metafísicas. Entretanto, há uma outra propriedade da força nuclear forte, chamada liberdade assintótica, que torna bem definidos os conceitos de quarks e glúons. A energias normais, a força nuclear forte é realmente forte e liga os quarks muito intimamente. Entretanto, experimentos com grandes aceleradores de partículas indicam que, em altas energias, a força forte se torna muito mais fraca, e que os quarks e glúons se comportam como partículas independentes. [4]
FORÇA NUCLEAR FRACA
Em 1896, Henry Becquerel obteve os primeiros indícios da força nuclear fraca na descoberta da radioatividade. naquele tempo, houve um tipo particular de radioatividade descoberto por Becquerel, onde um nêutron dentro do núcleo atômico se transforma em um próton , criando, ao mesmo tempo, um elétron e uma outra partícula conhecida como antineutrino, ambas lançadas para fora do núcleo. Esse evento, conhecido como decaimento beta não podia ser consequência de outros tipos de forças. A força nuclearforte mantém os prótons e nêutrons juntos no núcleo e a eletromagnética tenta separar os prótons.[4]
 Neste tipo de força existem seis tipos de quarks e seis tipos de léptons. Mas toda matéria estável do universo parece ser composta de apenas dois quarks leves, o quark up e o quark down, e do lépton carregado mais leve, o elétron.  As Interações fracas são as responsáveis pelo decaimento de quarks e léptons pesados em quarks e léptons mais leves. Quando partículas fundamentais decaem observamos seu desaparecimento e sua substituição por duas ou mais partículas diferentes. Mesmo que o total de massa e energia seja conservado, um pouco da massa original da partícula é convertido em energia cinética, e as partículas resultantes sempre têm menos massa que a partícula original que decaiu.  [6]
A única matéria estável ao nosso redor é composta dos menores quarks e léptons, que não podem mais decair.Quando um quark ou lépton muda de tipo (um múon transforma-se em um elétron, por exemplo) dizemos que ele mudou de sabor. Todas as mudanças de sabor são devidas à interação fraca. As partículas transportadoras das interações fracas são as partículas W+, W-, e a  Z. As W são carregadas eletricamente e a Z é neutra.  [6]
Apesar de ser inicialmente mais forte que a força eletromagnética, os seus mediadores (Bósons(São estruturas quânticas que possuem spin magnético) W e Z) são muito pesados e lentos, não lhes conferindo condições e de bons condutores de energia.Os Bósons W agem como mediadores em interações de partículas carregadas negativa ou positivamente, denominadas correntes carregadas. Os Bósons Z são neutros, atuando em interações fracas de partículas de carga nula. [1]
A força nuclear fraca permite diversas aplicações, como geração de energia elétrica em usinas nucleares, aparelhos aplicados na medicina, bombas atômicas e uma série de atividades com aplicações nucleares. Deve se ter muito cuidado com a sua manipulação, em decorrência de acidentes, como o provocado pelo Césio 137 no Brasil, em Chernobyl, tendo em vista os efeitos da radioatividade no organismo humano ou seres vivos, quando da exposição sem controle adequado. [1]
REFERÊNCIAS:
[1]. Gouveia, J.H.; As forças da natureza. Disponível em: <https://fisicaquanticaeclassicanavida.com/2018/02/07/forcas-da-natureza/>
[2]. Marques, G.C.; Nobuko, U.; Forças fundamentais e noção de campo. Disponível em:  <http://efisica.if.usp.br/mecanica/basico/forcas/tipos/>
[3]Força gravitacional. Disponível em: <http://www.cepa.if.usp.br/efisica/mecanica/universitario/cap09/cap09_32.htm>
[4]. Garotti, H.; As quatro forças fundamentais da natureza. Disponível em: <http://www.if.ufrgs.br/tex/fis01043/20032/Humberto/pagina3.ht>
[5]. http://fisikanarede.blogspot.com/2012/07/as-forcas-fundamentais-da-natureza.html
[6].A aventura das partículas. Disponível em: <http://www.cepa.if.usp.br/aventuradasparticulas/frames.html>