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As civilizações antigas tinham um esquema
para representar as substâncias em quatro tipos:
fogo, água, terra e ar. Hoje sabemos que os materiais são
compostos de átomos que podem formar muito mais do que arranjos
destas quatro substâncias. Entrtetanto existe uma importante classificação
dos fenômenos físicos que ainda permite somente quatro categorias.
Esta classificação é a das forças fundamentais.
As forças que causam mudanças no movimento dos objetos pode
ser desmembradas em
quatro variedades fundamentais distintas..
Definição: Uma força é
alguma coisa que varia o momentum de um objeto.
Definição: Momentum é simplesmente
a combinação da massa com a velocidade, que pode ser representado
matematicamente como o produto ( Massa ) x (Velocidade).
Se você não tem de se preocupar se a massa
de um objeto está variando ou não, então a definição
de uma força pode ser escrita como uma afirmação
mais simples. Uma força é alguma coisa que varia
a velocidade de um objeto. Se você notar que a velocidade
de um objeto variou então é porque necessariamente uma força
estava envolvida.
No mundo subatômico das partículas, as forças
são transmitidas
pelas trocas de partículas intermediárias chamadas Portadores
de Força.
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No quadro à direita,
a bola que está sendo arremessada para frente e para trás
entre as duas pessoas atua como um portador de interação.
Ambos indivíduos sentem uma reação quando
a bola aterriza de suas mãos. Se a bola é arremessada
mais fortemente então a força de reação
nas mãos torna-se maior também.
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Clique na figura para obter uma página animada.
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Abaixo está uma tabela que resume o que é
conhecido sobre as quatro forças fundamentais da natueza.
(Nota: Para os testes você somente precisa
lembrar os valores relativos das quantidades acima - por exemplo, numa
pequena escala a força forte é mais forte que a força
eletromagnética que é mais forte que a força fraca
que é mais forte que a força gravitacional).
Daremos agora algumas características que distinguem
cada tipo de força começando com a força que temos
alguma experiência direta com ela, a gravidade.
Força
Gravitacional
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Esta força atua em todas as coisas que tem
energia. Isto também inclui qualquer coisa que tem massa,
pois como Einstein apontou, energia e massa são simplesmente
nomes diferentes de uma mesma coisa. Nada do que sabemos pode servir
de proteção contra a atuação do campo
gravitacional sobre um objeto.
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Einstein mostrou por volta de 1916 que a Gravidade
está diretamente conectada ao modo como o espaço é
curvado (i.e., a geometria do espaço). Muitas das propriedades
que atribuimos à gravidade são propriedades locais
que podem ser bem diferentes quando as propriedades de grande escala
do Universo são levadas em conta.
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A Gravidade sempre atrai as coisas, ela nunca repele.
Isto é somente uma propriedade local. Pode ser argumentado
que numa escala maior do universo a gravidade pode repelir.
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A Gravidade tem uma extensão infinita mas não
extingue-se com a distância. Isto também é um
efeito local..
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A força gravitacional mantém ligados
ao Sol os planetas do nosso Sistema Solar. Ela também mantém
o Sol unido à Galáxia Via Láctea..
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A gravidade é a força dominante numa
escala de comprimentos maiores. Ela é a força que
é responsável pela estrutura em grande escala do universo.
Numa escala de comprimentos menores a gravidade é insignificante.
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A partícula que é conjecturada como
sendo o portador de força gravitacional é chamada
graviton.
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Força
Eletromagnética
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Esta força atua sobre qualquer coisa que tenha
uma carga elétrica. Muitas partículas e objetos muito
maiores não tem carga em excesso e daí não
sentem qualquer força eletromagnética.
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As cargas elétricas estão disponíveis
em dois tipos : um tipo rotulado como carga positiva e um tipo rotulado
como carga negativa.
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Dois objetos carregados com cargas opostas sempre
se atraem enquanto dois objetos carregados com cargas de mesmos
sinais se reoelirão.
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O raio de ação da força eletromagnética
é infinito. Entretanto, ela vai se extinguindo com a distância
numa maneira semelhante como a gravidade se extingue.
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Esta força mantém todos os átomos
juntos e a força eletromagnéica residual deixada a
mais nos átomos é responsável para manter juntas
as moléculas.
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A partícula que tem sidomostrada ser a portadora
da força eletromagnética é chamada fóton.
Tem sido mostrado que o olho humano é sensível a um
pequeno número de fótons.
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O símbolo que é mais comumente usado
para representar os fótons é a letra grega gama g.
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Força
Forte
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Esta força é alternativamente conhecida
como a Força Nuclear e em anos recentes tem sido chamada
de Força Colorida.
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Esta força atua em qualquer coisa que tem uma
carga colorida. Somente pequenas partículas chamadas quarks
que são exclusivamente encontradas no núcleo dos átomos
tem carga colorida.
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A carga colorida aparece em três tipos: um tipo
rotulado carga verde, um tipo
rotulado de carga vermelha,
e um tipo rotulado de carga azul.
Os adjetivos verde, vermelho e azul não tem nada a ver com
a usual definição de luz verde, vermelha e azul.
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Partículas coloridas existem em estados de
dois tipos: um estado com três partículas coloridas
chamado Bárion e um estado com duas partículas
coloridas chamado Méson.
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Os efeitos das cargas coloridas desaparece extremamente
rápido e daí a interção forte pode somente
operar sobre distâncias muito curtas. A extensão típica
é cerca de 10-13 centímetros.
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Esta força mantém todas as partículas
como prótons e nêutrons juntos e a força
colorida residual deixada a mais nestas partículas é
responsável por manter o núcleo unido. O núcleo
se mantém tão junto que enormes quantidades de energia
pode ser liberada no processo. Esta energia pode criar estrelas
que podem sustentarem a vida ou produzirem bombas de hidrogênio
que podem destruirem a vida.
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As partículas que tem sido mostradas serem
as portadoras da força forte são chamadas glúon.
Existe uma forte evidência experimental de que os glúons
existam.
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O símbolo que é mais comumente usado
para o glúon é a letra minúscula ordinária
g.
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Força
Fraca
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Esta força atua nas partículas chamadas
Léptons como também nos Bárions e Mésons.
Dados experimentais sobre os Léptons implicam que estas partículas
não tem tamanho sob qualqeur condição, i.é,
elas são partículas pontuais.
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Esta força é responsável pelo
decaimento radioativo envolvendo um membro da família de
partículas Lépton chamado elétron. Este
tipo de decaimento radioativo é chamado decaimento beta e
é crucial para como o Sol emite energia.
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O elétron é a partícula que é
responsável pelo fluxo de eletriciddade e é responsável
por todas as reações químicas. Ele pode também
interagir pelas interações eletromagnéticas
pois tem uma carga elétrica negativa.
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A partícula Lépton que exclusivamente
interage via Força Fraca é o neutrino, uma
das partículas mais obstinadamente não intertiva que
conhecemos.
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A extensão da Força Fraca é extremamente
pequena, muito menor do que aquela da Força Forte. A distância
típica para as Forças Fracas é cerca de 10-16
centímetros.
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A partícula que tem sido mostrada ser a portadora
da força fraca é chamada Intermediário
Vetor Bóson. Ele aparece de três tipos: uma versão
carregada eletricamente positiva, uma versão carregada
eletricamente negativa, e uma versão sem qualquer carga elétrica.
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Os símbolos que são usados para as partículas
W Bóson são W+, W-,
e Z0.
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Para um site que tem grande material educacional a respeito
de partículas fundamentais visite o Particle Adventure website
neste endereço:
http://ParticleAdventure.org/frameless/sitemap.html
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