La fuerza eléctrica ha estado con nosotros desde siempre, al igual que la gravedad y que otras cuestiones físicas, solo que sus manifestaciones son por causa de desequilibrios. Que curioso, nos damos cuenta de que algo existe porque deja de funcionar ordenadamente. Peor que un desequilibrio hormonal, un desequilibrio de cargas de menos de 1 en el cuerpo de algún mortal crearía una fuerza de repulsión tan grande que bien podría mover la tierra. hagan cálculos!
Cabe mencionar que el hecho de haber asignado el nombre de carga positiva a la partícula llamada proton y carga negativa al electrón es una mera convención. Una manera de evitar confusiones en física como las del tipo "conversión de unidades" es aceptar normas estándar para algunos conceptos, y esta e una de ellas. No existe diferencia real subjetiva entre cargas de la misma especie, solo que se repelen. Si a las que llamamos positivas las ordenamos en una cajita, dado que tienen la misma carga, todas lucirán idénticas. Lo mismo pasara con las que llamamos negativas. Pero ya hemos inducido que si mezclamos las cajas, se armara una locura (revolución) por las atracciones y repulsiones entre ellas. ¿Que hace que un proton y un electrón se atraigan y dos electrones se repelan? el concepto mismo de "fuerza".
Parte del éxito de Newton fue explicar matemáticamente algo tan común como la fuerza entre dos cuerpos
(en su caso fuerza gravitatoria). Para nuestro caso, una fuerza especial denominada fuerza eléctrica.
A los físicos les gusta medir, y en cierto punto medir es comparar. Hagamos apuestas. Si fuera una pelea de boxeo, ¿A que fuerza le apostaría que va a ganar, a la fuerza gravitatoria o a la fuerza eléctrica? A la gravedad la vemos todos los días: nos permite mantener los pies sobre la tierra aunque nuestro ego no lo esté, hace que el mar no salga disparado y que la galaxia completa se mantenga compacta girando alrededor del superhoyo negro en la constelación de Sagitario. A la fuerza eléctrica la vemos tímida en los motores eléctricos, en algunas descargas de fusibles siempre tan colorida de chispas y hasta cuando andamos delcazos en una alfombra y queremos abrir la puerta, sentimos leves descargas.
A primera vista la gravedad, la gravedad gana; por que que se compara con mover un planeta o mantener compacta una galaxia a una descarga al abrir la puerta. Pero ¿Se han puesto a pensar qué pasa cuando a uno se le caen las llaves? Bueno, pues no pasa no pasan de que lleguen al suelo y ya. ¿Y nada más? Es un hecho de que por la simple razón de que un cuerpo tenga masa, éste atrae a otros cuerpos en forma radial. La tierra, atrae a la luna, satélites, edificios, personas y llaves a su centro, de manera natural. Pero para el caso de las llaves, estas no pasan del suelo porque simplemente, no pueden, ya que algo las 'detiene'. Y ese algo es la fuerza eléctrica. Pensemos que es lo que sucede a nivel atómico. Al contacto con la superficie del suelo, los átomos de las llaves al caer "sienten" a los átomos del suelo.
Los electrones en la superficie también sienten la influencia de sus colegas en las llaves. La fuerza eléctrica de repulsión entre estos aparece forzando a toda la masa de las llaves a detener su camino, liberando energía en forma de sonido, calor, etc. Así pues, la cruda realidad es que la simple área delimitada por las llaves genera una fuerza eléctrica de repulsión suficiente como para detenerlas de la caída producida por la fuerza de atracción de toda la tierra. Increíble no lo creen?
Mas increíble es, que la razón por la cual sentimos por medio del tacto, es debido a la estimulación de las fuerzas eléctricas de repulsión de nuestros sensores en la piel. La noción de "contacto" se reduce a "repulsión" Cuando nos cortamos, la presión que se genera en cierta área de nuestra piel es tal que la fuerza de repulsión cede y se abre paso, dejando entrar el objeto que hiere, la piel entonces se rasga pero jamás toca la superficie del alfiler (por ejemplo).
Ahora pensemos en el átomo ¿Por qué este no colapsa? sabemos que existen fuerzas eléctricas muy fuertes en comparación con la gravedad, ¿Por qué hay estabilidad en el átomo más simple , que es el hidrógeno, siendo que hay exactamente una carga positiva y una negativa? Esta pregunta es muy importante, ya que el hidrógeno esta presente en múltiples organismos y en general, en todo el universo. Debería ser inestable. Pero otra vez, la naturaleza sorprende. La respuesta viene de la "mecánica cuántica"
Ya vimos que dos superficies no se tocan, sino que es la fuerza de repulsión eléctrica la que a escala microscópica las separa. Ahora en lugar de superficies tenemos un electrón en la mano izquierda y un proton en la mano derecha. Claramente sentimos una fuerza atractiva entre estos dos objetos. Pero no hay que olvidar que estamos en el mundo subatómico y las cosas son muy diferentes a la vista de nuestro mundo. La física es diferente a diferentes escalas.
Si acercamos el electrón al proton, debido al principio de incertidumbre de Werner Heinsenberg, debe existir un "momento" o cantidad de movimiento, que en términos matemáticos tiene una ecuación, pero para lo que quiero transmitir no es necesaria . El punto es, que si acercamos más y más el electrón al protón, la distancia entre ellos tiende a cero, pero la cantidad de movimiento tiende a infinito. Entonces, nuestra pobre mano izquierda se moverá tan salvajemente conforme la acercamos a la derecha que quizás va a llegar un lapso en el que salga volando por los aires. Y todo por acercarla más y más al protón de carga positiva. Rara sutileza.
Las órbitas atómicas obedecen este principio y todo gira alrededor del equilibrio energético. Ya visto pues que el átomo de hidrógeno no colapsa, ¿Por qué el núcleo mismo de átomos más pesados no se desintegra siendo que esta hecho por partículas de igual carga que deberían repelerse? En la naturaleza existen hasta la fecha, cuatro interacciones fundamentales. Se les llama formalmente "interacciones" en lugar de fuerzas, porque a nivel básico, a cada fuerza se le asocia una partícula portadora de dicha fuerza, que es intercambiada por otras partículas que "sienten" dicha fuerza a manera de interaccion: siento y te respondo, etc. Esta idea viene de la física de partículas . Las cuatro interacciones son la gravedad, la electromagnética, la nuclear fuerte y la nuclear débil. Para responder a esta pregunta haremos uso de la interacción nuclear fuerte. Como su nombre lo indica, es la mas fuerte de todas, solo que su radio de acción es, por desgracia, el mas corto de todas, ya que queda confinado al radio de un átomo promedio. Otra peculiaridad es que su magnitud como fuerza decrece mas rápido que 1/r^2 , que es la tasa de decaimiento de la magnitud de la fuerza eléctrica. Así, para átomos con radios nucleares pequeños, es increíblemente poderosa, pero conforme el numero atómico crece, se hace inestable ya que entra en conflicto con las interacciones de protones con otros protones.
Imaginemos un globo de plástico que puede contener cierta cantidad de metras, conforme le vamos agregando más y más metras, el globo crece pero llega al limite de que con cualquier movimiento brusco éste se rompa liberando todo su contenido. Lo mismo pasa con el átomo de uranio con 92 protones. Es tal la disputa entre la fuerza nuclear y la eléctrica de repulsión en el núcleo, que cuando se le llega a agregar un simple neutrón, se desencadena un rompimiento que libera trozos de átomos y partículas alejadas por la repulsión que por fin sale a flote.
La energía aquí descrita es la que se genera en una bomba atómica. Es raro de decir, pero la energía que se libera en una desintegración es 100 % eléctrica. Los trozos salen disparados porque se odian, se repelen. Pero lo que siempre se destruye es el núcleo. Por eso lo de fisión nuclear.
Fuente: The Feynman lectures on physics
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