Conceptes Clau de la Física Moderna: Quàntica, Relativitat i Nuclear

Principi d'Indeterminació de Heisenberg

El Principi d'Indeterminació de Heisenberg estableix els límits de la informació que podem conèixer d'un objecte quàntic. Es divideix en dues parts fonamentals:

• No és possible determinar simultàniament el valor exacte de la posició (x) i del moment lineal (p) d'un objecte quàntic.
• No és possible determinar simultàniament el valor mesurat de l'energia (E) d'un objecte quàntic i l'interval de temps necessari per a efectuar el mesurament.

Limitacions de la Física Clàssica

A finals del segle XIX i principis del segle XX, van aparèixer limitacions significatives que van posar en contradicció el mateix principi de relativitat formulat per Galileu. Aquestes contradiccions es van fer evidents amb la formulació de les lleis de l'electromagnetisme en les equacions de Maxwell, que van representar una síntesi excel·lent dels fenòmens electromagnètics.

El problema sorgia perquè, segons les equacions de Maxwell, la velocitat de la llum hauria de ser constant en tots els sistemes de referència, la qual cosa entrava en conflicte amb el principi de relativitat de Galileu si es considerava que la velocitat de la llum podia canviar d'un sistema en repòs respecte d'un altre que es mou amb velocitat constant.

Postulats de la Relativitat Especial d'Einstein

La Teoria de la Relativitat Especial d'Einstein rebutja completament la idea de l'èter i reprèn de manera general el principi de relativitat de Galileu, adaptant-lo a les noves observacions. Es basa en els següents postulats:

1. Les lleis de la física són les mateixes en tots els sistemes inercials.
2. La velocitat de la llum (c) és la mateixa en tots els sistemes de referència inercials, sigui quina sigui la velocitat de la font.
3. L'energia relativista (E) d'un cos de massa (m) que es mou a una velocitat (v) es calcula mitjançant l'expressió: E=mc².

Radioactivitat

La radioactivitat és la propietat que presenten determinades substàncies radioactives d'emetre radiacions capaces de penetrar en cossos opacs, ionitzar l'aire, impressionar plaques fotogràfiques i excitar la fluorescència de certes substàncies.

Desintegració Radioactiva

Quan un nucli atòmic emet radiació alfa, el nucli canvia d'estat o bé es transforma en un altre de diferent. En aquest darrer cas, es diu que ha tingut lloc una desintegració radioactiva. La desintegració radioactiva és un procés aleatori governat per lleis estadístiques.

Reaccions Nuclears

Les reaccions nuclears són processos en els quals intervenen directament els nuclis atòmics, transformant-se en altres de diferents. Quan un nucli és inestable, tendeix a transformar-se de manera que els productes resultants siguin més estables. Aquest procés és una reacció nuclear en la qual s'allibera energia.

Fissió Nuclear

La fissió nuclear és una reacció nuclear en la qual un nucli pesant es divideix en dos nuclis més lleugers en ser bombardejat amb neutrons. En aquest procés, s'alliberen més neutrons i una gran quantitat d'energia.

Fusió Nuclear

La fusió nuclear és una reacció nuclear en la qual dos nuclis lleugers s'uneixen per formar-ne un altre de més pesant. En el procés, s'allibera una gran quantitat d'energia.

Forces Fonamentals de la Natura

Les quatre forces fonamentals de la natura són les interaccions bàsiques que regeixen el comportament de la matèria i l'energia a l'univers:

Força Gravitatòria (F.G.)

S'exerceix entre dues partícules qualssevol que tinguin massa. Sempre és atractiva. És una interacció dèbil, només apreciable quan un dels cossos té una gran massa.

Força Electromagnètica (F.EM.)

S'exerceix entre dues partícules amb càrrega elèctrica. Pot ser atractiva o repulsiva. És de més intensitat que la gravitatòria i, a distàncies més grans, supera la nuclear forta.

Força Nuclear Forta (F.N.F.)

És la responsable de la cohesió del nucli atòmic, mantenint units els nucleons (protons i neutrons). És una interacció molt intensa a distàncies nuclears, superior a la resta de les interaccions.

Força Nuclear Dèbil (F.N.D.)

És la responsable de la desintegració d'alguns nuclis inestables (radioactivitat beta). És més dèbil que la força nuclear forta i l'electromagnètica, però a distàncies nuclears supera la gravitatòria. És de curt abast.