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Un universo de interacciones


En el diccionario la palabra interacción tiene el siguiente significado: acción que se ejerce recíprocamente entre dos o más objetos, agentes, fuerzas, funciones, etc. ¿Qué quiere decir esto realmente? En la vida diaria se interactúa de muchas y diversas formas con todo lo que te rodea. Cuando se fija en una forma particular de interacción sobre algún objeto, se utiliza usualmente el término fuerza . Por ejemplo, al empujar un auto se está interactuando con él; Es decir se está ejerciendo una fuerza sobre él.


Al observar a tu alrededor notarás que en tu entorno existe una gran cantidad de objetos que te rodean; dichos objetos pueden ser asimilados a través de los sentidos es decir, puedes verlos, olerlos, tocarlos, oírlos en caso que produzcan algún ruido o bien puedes observarlos a través de instrumentos que han sido inventados para ampliar nuestros sentidos a niveles más pequeños o mucho más grandes.
Todo lo que es capaz de influenciar en nuestros sentidos constituyen los objetos físicos. Todos los objetos físicos del universo están en una constante atracción y repulsión. Esas influencias mutuas que ejercen los cuerpos entre sí se denominan interacciones. Esto significa que entre unos objetos y otros se producen acciones recíprocas.

En una interacción por lo menos intervienen dos objetos físicos.
No existe en el mundo ningún objeto que no esté sometido a la acción de otro y viceversa.
Cuando se efectúa una interacción entre dos cuerpos se puede producir modificaciones en las condiciones iniciales de los objetos físicos que intervienen, como en el caso del choque de dos esferas y que como consecuencia desvían su dirección de movimiento.

Interacción y movimiento
¿Cuándo se dice que algo se está moviendo?... Imagínese un auto que corre en una carretera. Se dice de él que se está moviendo... ¿Por qué? Supóngase que no puede ver el auto, pero que sí sienten su sonido. A medida que se acerca, escucha cada vez más fuerte el ruido del motor; esto le dice que el vehículo se mueve hacia usted. Si el auto se alejase, entonces el ruido se escucharía cada vez más débil. Si pudiese ver el auto, entonces diría que se mueve hacia usted, pues se ve cada vez más grande y, a la inversa, si este se aleja se vería más pequeño.


Lo anterior nos hace pensar que el movimiento está asociado al cambio de ciertas cosas que nosotros podemos percibir. En general, está asociado al cambio de “algo” respecto del transcurso del tiempo. Tales cosas, como ya se mencionó, pueden ser el sonido del motor o el tamaño aparente del auto.




Cuando el auto del ejemplo se mueve en la carretera, en el espacio , significa que la distancia entre el vehículo y usted varía , al igual que el ruido y el tamaño aparente, entre otras cosas. Más específicamente, se dice que el auto se mueve pues la posición de este respecto de algún lugar en la carretera –por ejemplo, el sitio donde esté parado– varía conforme al paso del tiempo. Ahora bien, si usted está dentro del auto, ¿sabe que éste se mueve? ¿La variación de qué cosas le informaría de que el auto se mueve y que, por ende, usted se mueve junto con él en la carretera? ¿Qué produce un movimiento?


Será que para producir el movimiento de algún objeto se debe interactuar con éste mediante un contacto físico. Pero, ¿qué hay de cierto en esto? ¿Siempre es necesario un contacto físico, un empujón, para producir movimiento?


Sin embargo, no todas las interacciones pueden producir movimiento. Al estar en una esquina y ver a un amigo al otro lado de la calle y si quiere que él cruce hacia ti ¿qué debes hacer? La respuesta es simple: debes hacerle notar que esta en ese lugar. ¿Cómo? Lograrás tu cometido si interactúas con él. Probablemente, lo llamaría por su nombre con un grito. No obstante, ¿es esto suficiente? Posiblemente no, pues si tu amigo va escuchando música en su walkman tal vez no perciba tu grito. Esto quiere decir que la interacción que utilizaste no era la apropiada, o bien no gritaste lo suficientemente fuerte.

Lo mismo sucede con un imán y un alfiler que se encuentre sobre una mesa: si este último fuese de metal, entonces será influenciado por el imán y veras que el alfiler se mueve sobre la mesa hacia el imán. Sin embargo, esto no siempre ocurre; existe una distancia crítica para la cual se mueve el alfiler. Es decir, el movimiento del alfiler depende de la intensidad de la interacción que lo produzca. Por otro lado, si el alfiler fuera de plástico la interacción no sería la apropiada y el alfiler no se movería nunca.

Una interacción física consiste en una acción recíproca entre dos componentes de la materia o entre dos porciones de materia. Esta acción recíproca se manifiesta fundamentalmente por un efecto de atracción o de repulsión que recibe el nombre de Fuerza de interacción.


El origen de las interacciones
De las tres interacciones fundamentales, una de ellas operan en la escala del núcleo atómico (a distancias menores que 10-12m), pero producen enormes efectos observables: son las interacciones nucleares ( nuclear fuerte y nuclear débil) .

La interacción electromagnética opera en toda la escala de distancias y se manifiesta como fuerzas de contacto (rozamiento, elasticidad, golpes, etc), reacciones químicas de todo tipo, fenómenos luminosos y calóricos, y en cada dispositivo eléctrico o electrónico.

 


La galaxia Andrómeda
En las dimensiones cósmicas domina la gravedad , que es la atracción universal de la materia, y promotora de la aparición de galaxias, estrellas y planetas. También se registra en todo fenómeno de nuestra experiencia terrestre asociado a la caída de cuerpos: cursos de agua, proyectiles, tropismos.

Universo


En las teorías del campo unificado que se inician con Albert Einstein en 1910, se desarrollan ecuaciones para describir las tres interacciones fundamentales de la Naturaleza en términos de una sola, que poseería todas las propiedades necesarias para que todo sea tal como en efecto es.
En los comienzos Hipercalientes del Universo, a temperatura mayor al billón de grados (1012 °K), la luz y la materia constituían la misma sustancia, y había una única interacción que mantenía todo unido. Como consecuencia de la expansión del Universo, su temperatura fue descendiendo; aparecieron entonces partículas provistas de carga eléctrica y con masa, diferenciadas de la radiación y, por consiguiente, la interacción única se desdobló en las tres interacciones fundamentales que se observan en la actualidad.


Los experimentos realizados desde 1980 en aceleradores de partículas -en los que se desarrollan energías comparables a la de los primeros segundos del Universo- sugieren que la unificación es posible.


Clasificación de las Interacciones

En la naturaleza se conocen 3 formas básicas en que puede interaccionar la materia. Estas interacciones son las gravitatorias , las electromagnéticas y las nucleares . Esta clasificación atiende a su origen, intensidad y distancia de la actuación de la fuerza. Cada una de estas interacciones responde a la existencia de determinadas propiedades en la materia , tales como masa (o cantidad de materia que tiene un cuerpo), carga eléctrica, entre otras .


Interacción Gravitatoria
Consiste en la fuerza de atracción mutua que se produce entre dos objetos del Universo, debido a una propiedad común a todos ellos denominada masa .
La interacción gravitatoria puede producirse a distancias muy grandes (distancias astronómicas), pero el módulo o medida de la fuerza de interacción es muy pequeña.
Esta es la interacción responsable de que se permanezca pegado al suelo, o de que si, estando de pie y lanza un balón hacia arriba, y éste vuelva a sus manos.


Cuantitativamente, la interacción gravitacional es despreciable para cuerpos que poseen poca masa, por ejemplo, una taza y una cuchara; pero cobra real importancia en el caso de la misma cuchara y el planeta Tierra.

A esta fuerza también se le da el nombre de fuerza de gravedad cuando se refiere a la atracción entre un planeta (u otro astro) y un objeto colocado en su superficie. Debido a la fuerza mutua de atracción gravitatoria, los satélites describen órbitas elípticas alrededor de un planeta y los planetas alrededor del Sol.

En efecto, la fuerza de interacción gravitatoria tiene en todo momento una componente perpendicular a la velocidad tangencial del satélite o del planeta, obligándolo a describir una trayectoria curva. De no existir esta fuerza gravitatoria, los satélites y los planetas se moverían en línea recta en el espacio. La interacción gravitatoria que es la más débil de todas, mantiene globalmente la Tierra. Enlaza al Sol y los planetas dentro del sistema solar y agrupa las estrellas en las galaxias.


Como instrumentos de observación y medición se utilizan telescopios, radares, satélites artificiales, sondas espaciales. Mientras que los físicos todavía hoy no han descubierto la partícula portadora de la gravedad, predicen la existencia de esta partícula y la llaman el "gravitón."

Interacción Electromagnética
Constituyen la interacción más significativa para toda la química y la biología.
Consiste en la fuerza de atracción o de repulsión mutua entre dos objetos, debido a una propiedad denominada carga eléctrica . Esta propiedad no es más que el exceso o déficit de cargas negativas que posee un cuerpo. Estas interacciones actúan a distancias más cortas que las gravitacionales, pero con mucha más intensidad.

 

Las fuerzas actuantes son llamadas fuerzas electrostáticas si las cargas están en reposo, pero cuando éstas se ponen en movimiento se llaman fuerzas electromagnéticas.


La interacción electromagnética enlaza los electrones a los átomos y los átomos entre sí para formar moléculas y cristales. Actualmente se acepta que los átomos de cualquier sustancia están constituidos por tres tipos de partículas subatómicas, llamadas protones, neutrones y electrones. A los protones se les atribuye carga positiva (+) y a los electrones, carga negativa (-) . Los neutrones no tienen carga eléctrica.

Los protones y neutrones constituyen el núcleo del átomo, permaneciendo dentro de él. Los electrones se encuentran alrededor del núcleo y gozan de gran movilidad, pudiendo pasar de los átomos de un cuerpo a los átomos de otro, dando origen a que un cuerpo se manifieste cargado negativamente (-) o positivamente (+) , según tenga exceso o déficit de electrones.

Dos objetos con cargas eléctricas del mismo signo se repelen mutuamente, y con cargas eléctricas del signo contrario, se atraen. Muchas fuerzas de todos los días, tales como la que ejerce el piso sobre nuestros pies, se deben en realidad a fuerzas electromagnéticas dentro de los materiales, que se oponen a que los átomos se desplacen de sus posiciones de equilibrio dentro del material.


Como instrumentos de medición se utilizan cintas métricas, calibradores, tornillos micrométricos, voltímetros, amperímetros, etc, y como instrumentos de observación, el microscopio óptico, microscopio electrónico, teodolito, etc. Las partículas portadoras de la fuerza electromagnética son los fotones . De acuerdo a cuál sea su energía, se les denomina rayos gama, luz, microondas, ondas de radio, etc .

Interacciones Nucleares
Son aquellas que aparecen únicamente en el interior del núcleo atómico, originando fuerzas de gran intensidad. Esta interacción dominante de la Física Nuclear de alta energía, aglutina los nucleones (neutrones y protones) para formar los núcleos de todos los elementos. Como el núcleo del átomo tiene un diámetro cuyo orden de magnitud es de 10-15 m, ocurre que a esta distancia tan pequeña la fuerza de repulsión entre los protones es muy grande, sin embargo los protones se mantienen en el núcleo y el átomo goza de estabilidad.


Esto se debe a que entre dos protones, entre dos neutrones y entre un protón y un neutrón, existe una fuerza de atracción mutua, aproximadamente diez veces superior a la fuerza eléctrica de repulsión, que recibe el nombre de fuerza nuclear. Las interacciones nucleares pueden ser débiles o fuertes .


Son importantes para la existencia de la materia de la que está hecho el mundo, y para los procesos de decaimiento que hacen inestable cierto tipo de materia. Tienen impacto sobre los objetos más pequeños del universo pero también sobre los más grandes.
Algunos de los instrumentos utilizados para la observación y medición son la cámara de niebla, el contador Geiger y los aceleradores de partículas como el ciclotrón.


Ciclotrón


La intensidad de la interacción es la fuerza. Es importante destacar que reconociendo el número de interacciones que hay sobre un objeto, se puede saber cuantas fuerzas hay sobre él, pero lo inverso no es verdad, es decir, conociendo el número de fuerzas que actúan sobre un cuerpo no se puede decir nada del número de interacciones.


 
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