Quais são as forças fundamentais da natureza?

Passo 1

O enunciado pede para identificarmos e descrevermos as quatro forças fundamentais da natureza, ou seja, as interações básicas a partir das quais todos os fenômenos físicos macroscópicos e microscópicos se originam. Vamos listar cada uma, dizer qual é o campo ou partícula mediadora, seu alcance e sua intensidade relativa.

Passo 2

Força gravitacional
É a atração mútua entre massas. A lei clássica é a lei de Newton:
F = G \,\frac{m_{1}\,m_{2}}{r^{2}},
onde G é a constante gravitacional, m_{1} e m_{2} são as massas e r a distância entre elas. Seu mediador teórico é o gráviton (ainda não observado), tem alcance infinito e é a mais fraca das quatro interações, mas domina em grandes escalas (planetas, estrelas, galáxias).

Passo 3

Força eletromagnética
Age entre cargas elétricas e correntes. A fórmula de Coulomb para cargas no vácuo é
F = k \,\frac{q_{1}\,q_{2}}{r^{2}},
onde k é a constante eletrostática. O bóson mediador é o fóton. Também tem alcance infinito e é muito mais forte que a gravidade. É responsável por quase todos os fenômenos do dia a dia (luz, eletricidade, química, ligações atômicas).

Passo 4

Força nuclear forte
Mantém quarks unidos dentro de prótons e nêutrons, e mantém prótons e nêutrons juntos no núcleo atômico. É mediada pelos glúons e tem alcance muito curto (da ordem de 10^{-15}\,\text{m}). É a mais intensa em curtíssima distância, mas perde força rapidamente fora do núcleo.

Passo 5

Força nuclear fraca
Responsável pelos processos de decaimento radioativo β e por interações que mudam o tipo de quark. É mediada pelos bósons W^{+}, W^{-} e Z^{0}, tem alcance extremamente curto (≈ 10^{-18}\,\text{m}) e intensidade intermediária (bem mais fraca que a forte, mas mais forte que a gravidade).

Resposta

As quatro forças fundamentais da natureza são:
  1. Força gravitacional
  2. Força eletromagnética
  3. Força nuclear forte
  4. Força nuclear fraca

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