As Forças da Natureza

A ciência FÍSICA existe em todo o Universo e faz parte do nosso dia a dia, caracterizando as Forças da Natureza. A palavra Física é derivada de physis no grego que significa Natureza. Mesmo que não observemos, aparece no cotidiano ao caminharmos, andarmos de bicicleta, automóveis, trens, metrôs, automóveis, aviões, embarcações fluviais, helicópteros, submarinos, foguetes, sondas espaciais e tudo o que nos cerca, tanto em nosso planeta, quanto no Universo.

Veremos a seguir as forças conhecidas que regem o Universo.

FORÇAS DA NATUREZA

FORÇA GRAVITACIONAL

É aquela que ocorre na interação entre dois corpos, sempre atrativa e nunca repulsiva. Seu grande fundamento: interação e demonstração. Foi postulada pelo físico e matemático inglês Isaack Newton, nascido na Inglaterra em 1642 e falecido em 1727.

Isaac Newton
Isaac Newton

A Lei da Gravitação Universal matematicamente pode ser comprovada pela equação:

Fg= G.(M1- M2/d^2)

Onde:

Fg = Força de atração entre os corpos

(G = 6,67428(67) x 10-11 m3 kg-1 s-2
Constante gravitacional de Newton

M1= Massa em kg do corpo 1

M2= Massa em kg do corpo 2

d= Distância em metros entre os dois corpos

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; a atração gravitacional da Terra sobre a lua; o ciclo de cometas e asteroides no nosso sistema solar; entre outros.

Satélites
Satélites

A Lua é um satélite natural da Terra que se encontra presa ao nosso planeta por razão da força gravitacional que a Terra exerce sobre ela.

Lua em Órbita da Terra nas Diversas Fases. Forças da Natureza.
Lua em Órbita da Terra nas Diversas Fases

O planeta Júpiter, por ser o maior planeta do sistema solar, com aceleração da gravidade de 24,9 m/s2, massa de 1,898×10~27 kg, diâmetro de 139.822 km, pode ser, de certa forma, considerado protetor de nosso planeta, pela razão de forte força gravitacional atrair asteroides ou cometas que possam provocar eventuais impactos na Terra.

Júpiter
Júpiter

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.

Onda Gigante - Tsunami. Forças da Natureza.
Onda Gigante – Tsunami

ASTROS QUE VAGAM NO UNIVERSO

Astros vagam pelo universo e são atraídos por outros através da força gravitacional.

COMETAS
Cometa Halley
Cometa Halley

Cometas são astros formados por fragmentos de rochas e gases em forma de gelo que estão presos gravitalmente em torno do Sol.

Deslocando-se no sistema solar, normalmente eles têm efeito semelhante a uma calda, em virtude da radiação solar. O núcleo do cometa pode variar de 100 m a mais de 40 km. Seus períodos orbitais podem variar de anos a centenas de anos. O Cometa Halley foi descoberto em 1689 por Edmond Halley. Possui período orbital de 75,3 anos, com próximo periélio previsto para 28 de julho de 2061.

Edmond Halley
Edmond Halley
ASTEROIDES
Asteroides e Meteroides. Forças da Natureza.
Asteroides e Meteoroides

Asteroides são corpos de formação rochosa e metálica que gravitam no Universo. Eles podem ter constituições físicas diferentes com pequenos e grandes diâmetros, assim como pequenas e grandes massas.

O asteroide Ceres possui massa de aproximadamente 946×10^18 kg e diâmetro médio de aproximadamente 922 km.

METEOROS, METEROIDES E METEORITOS
Meteoro
Chuva de Meteoros. Forças da Natureza.
Chuva de Meteoros
Meteorito Ferroso. Forças da Natureza.
Meteorito Ferroso

Quando parte quebrada de um asteroide, cometa que orbita no Sol, se queima ao entrar em atrito com a atmosfera terrestre, produz um efeito de luz chamado “estrela cadente” ou Meteoro. Meteoroides são fragmentos interplanetários de dimensões menores que asteroide. Meteoroides que atingem a superfície da Terra sem se desintegrarem são chamados de meteorito.

A ocorrência de entrada desses astros no nosso planeta deve-se à força gravitacional entre a Terra e eles. Presume-se que o desaparecimento dos dinossauros que viveram na era mesozoica, a cerca de 65,5 milhões de anos atrás, tenha sido devido ao impacto de um meteoro na Terra, originado por um asteroide.

O Impacto do Meteoro e a Extinção dos Dinossauros
O Impacto do Meteoro e a Extinção dos Dinossauros

O MEDO DO IMPACTO DE ASTROS COM A SUPERFÍCIE DA TERRA

Desde que existe a consciência humana, sempre se teve grande medo da consequência de choque de astros, oriundos do espaço, com a superfície da Terra, tendo em vista sérias consequências, como ondas de choque provocando ondas marítimas gigantes, ondas mecânicas de propagação na superfície do planeta, entre outros fatores.

As tecnologias modernas com super telescópios na Terra, no espaço, sondas e satélites de observação, centros de observação espaciais espalhados pelo planeta, a proteção gravitacional que a Terra tem do planeta Júpiter, tudo isso representa fatores que favorecem a Terra, além da questão do limite de Roche.

LIMITE DE ROCHE

Edouard Albert. Forças da Natureza.
Edouard Albert

Limite de Roche, estabelecido pelo astrônomo Edouard Albert Roche, que nasceu na França em 1820, tendo falecido em 1883, estabeleceu a distância mínima que um astro pode se aproximar do outro sem se desintegrar, em virtude da força de maré provocada pela força gravitacional.

EQUAÇÃO PARA DETERMINAÇÃO DO LIMITE DE ROCHE DE CORPOS RÍGIDOS
Equação para Determinação do Limite de Roche de corpos rígidos. Forças da Natureza.
Equação para Determinação do Limite de Roche de corpos rígidos
Equação. Forças da Natureza.
Equação

Onde

d= Limite de Roche

PM= Densidade do corpo M

pU= densidade do corpo u

R= Raio do corpoM

Se a densidade dos corpos for igual, o limite de Roche será 2,44 vezes o Raio maior do corpo.

FORÇAS DA NATUREZA

FORÇA ELETROMAGNÉTICA

A força eletromagnética é aquela que é provocada em virtude do movimento das cargas elétricas, tendo em vista os prótons e elétrons. Diferentemente da força gravitacional, que é apenas atrativa, a força eletromagnética pode ser atrativa ou repulsiva, podem 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, o planeta Terra possui polaridades denominadas Norte e Sul Magnético que geograficamente são inversos, ou seja, o Sul Magnético é norte geográfico e o Norte Magnético é o sul geográfico.

O campo magnético ocorre devido à movimentação dos núcleos fundidos no interior do planeta. Cientistas estimam que a cada 200 ou 300 mil anos, a polaridade da Terra se inverta. Acredita-se que a última inversão ocorreu em torno de 780 mil anos atrás.

Segundo observações de satélite dedicado a monitorar o campo magnético terrestre, a inversão de polaridade do Planeta é iminente, tendo-se chegado a esta conclusão porque os cientistas constataram que o ferro fundido e o níquel estão enviando energia do núcleo da Terra, para próximo onde o campo magnético terrestre é formado. A inversão de polaridade poderá exercer grande efeito sobre a humanidade e funcionamento do planeta.

O comportamento do magnetismo sempre funciona de forma que polaridades iguais se repelem e polaridades diferentes se atraem, fundamental para gerar movimento a partir do eletromagnetismo. Um ímã nunca terá apenas uma polaridade. Ele terá uma polaridade norte e outra polaridade sul, sempre a norte e sul atraindo-se e as semelhantes repelindo-se. Ao quebrarmos o ímã em diversos pedaços, sempre serão geradas polaridades diferentes.

O campo magnético da Terra protege-a das imensas quantidades de partículas liberadas pelo Sol e conduzidas pelos ventos solares em todas as direções do espaço. A quantidade de partículas que chega à Terra é atenuada em virtude do campo magnético terrestre, pois a Terra se comporta como um ímã gigante. Pelo magnetismo terrestre podem ser feitas orientações através da utilização de bússolas e outros aparelhos de navegação e orientação.

O eletromagnetismo tem diversas aplicações na humanidade, tais como: motores elétricos, geradores de energia elétrica, equipamentos de ressonância magnética, equipamentos de telecomunicações, transformadores elétricos permitindo transmissão de energia elétrica em longa distância, eletroímãs para movimentação de cargas, eletrodomésticos, locomotivas elétricas, metrôs.

ALGUMAS APLICAÇÕES DE ELETROMAGNETISMO

Gerador de Eletricidade de Corrente Alternada. Forças da Natureza.
Gerador de Eletricidade de Corrente Alternada
Metrô. Forças da Natureza.
Metrô
Campo Magnético da Terra Protegendo das Partículas Solares. Forças da Natureza.
Campo Magnético da Terra Protegendo das Partículas Solares

FORÇAS DA NATUREZA

FORÇA NUCLEAR FRACA

É não redutível a qualquer outra e regula como a matéria se regula entre si. A força nuclear fraca é representada pelo decaimento radioativo, sendo facilmente verificado, no decaimento beta, fundamental nas desintegrações nucleares.

Seu conceito foi introduzido em 1933, pelo físico Italiano Enrico Fermi nascido em 1901 e falecido em 1954, denominando integração fraca.

Enrico Fermi. Forças da Natureza.
Enrico Fermi

Ele participou do projeto Manhattan Norte Americano, que teve como resultado o desenvolvimento da bomba atômica. Apesar de ser inicialmente mais forte que a força eletromagnética, os seus mediadores (Bósons W e Z) são muito pesados e lentos, não lhes conferindo condições e de bons condutores de energia.

Bósons: São estruturas quânticas que possuem spin magnético, ou seja: orientação de uma partícula quando exposta a campo magnético.

Bósons W-Z: assim são denominados os Bósons mediadores da denominada força nuclear fraca. 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. 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.

Sistema de Geração de Energia por Usina Nuclear
Sistema de Geração de Energia por Usina Nuclear

FORÇAS DA NATUREZA

FORÇA NUCLEAR FORTE

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, postulada em 1935 pelo físico Japonês Hideki Yukawa, nascido em 1907 e falecido em 1981.

Hideki Yukaua. Forças da Natureza.
Hideki Yukawa

Por longo tempo, houve o conceito de que o átomo possuía apenas prótons, elétrons e neutros e o átomo era indivisível. Com o advento da física nuclear, uma das forças da Natureza, descobriu-se que existem muitas outras partículas e anti  partículas que compõem matéria.

De todas as forças até o momento comprovada, 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, descrita pela cromo dinâmica quântica,  que anteriormente se acredita que a força nuclear, uma das forças da natureza, ocorria entre prótons e nêutrons, com os elétrons orbitando.

QUARK: Partícula elementar da Física que faz parte da composição da matéria.

Gluons: partícula fundamental da Física que compõe a matéria e são denominados Bósons vetoriais.

Cronodinâmica quântica (QCD): Trata-se da Teoria das Interações Fortes que descreve a interação entre quarks e gluons.

ONDAS GRAVITACIONAIS

Albert Einstein. Forças da Natureza.
Albert Einstein

O físico alemão Albert Einstein, nascido em 1879 e falecido em 1955, formulou a Lei da Relatividade Geral, que provavelmente passa ser denominada Segunda Lei da Gravitação de Einstein. A partir dela, podem ser estabelecidos princípios para a comprovação de ondas gravitacionais e buracos negros, a partir da comprovação da curvatura da luz no espaço.

Em 1925, o professor ALBERT Einstein esteve no Brasil.

Albert Einstein no Brasil
Albert Einstein no Brasil

Um professor, que ministrou aula para minha turma e trabalhou no observatório Nacional no Rio de Janeiro, disse que um astrônomo estava calculando a trajetória de um astro, porém não conseguia ver o astro e acreditava que os cálculos estavam errados. Mostrando os cálculos para Einstein, este respondeu que os cálculos estavam certos. A razão do astrônomo não conseguir ver a luz que refletia pelo astro era o fato que a luz estava sendo desviada. Algum tempo depois, o astrônomo passou a ver a trajetória do astro, comprovando a teoria de Einstein.

Conforme descrito anteriormente, existem quatro forças da natureza fundamentais: FORÇA GRAVITACIONAL, FORÇA ELETROMAGNÉTICA, FORÇA NUCLEAR FRACA e FORÇA NUCLEAR FORTE.

Os cientistas avaliam a existência de uma quinta força que seria relativa às ondas gravitacionais.

As ondas gravitacionais são vibrações definidas no espaço-tempo, produzidas por grandes astros que se encontram no Universo e convertem parte de sua massa em energia que se propaga em forma de onda. Acreditava-se que elas seriam difíceis de ser detectadas, em virtude das longas distâncias onde são formadas em relação ao nosso planeta.

No entanto, recentemente, um grupo de cientistas detectou  a existência dessas ondas, que podem se assemelhar às ondas que são formadas na superfície de um lago ou as ondas sonoras que se propagam no ar. Elas viajam na velocidade da luz. A sua formação na proximidade da fonte pode provocar aceleração ou desaceleração do tempo e distorce o espaço. A formação delas provavelmente tem início pela colisão de buracos negros.

Dessa forma, pode ser considerada a quinta força da Natureza, também fundamental, tendo em vista abrir uma nova Era para entendimento do Universo.

Buracos Negros Próximos da Colisão Produzindo Ondas Gravitacionais
Buracos Negros Próximos da Colisão Produzindo Ondas Gravitacionais

Leia também: Entendendo a Vida pela Física e Evolução da Vida na Terra e a Física.

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