Fuerzas Nucleares y Fenómenos Atómicos: Una Guía Completa

Fuerzas Nucleares

1) Las fuerzas de repulsión entre los protones de un núcleo, debido a que tienen cargas del mismo signo, son compensadas por la presencia de los neutrones. 2) Además, entre las partículas nucleares existen fuerzas de atracción diferentes de las electrostáticas, que son independientes de la carga de las partículas. Estas fuerzas son las denominadas fuerzas nucleares, que mantienen unidos en el núcleo atómico a los protones y los neutrones, venciendo la repulsión electrostática entre los protones. 3) Las fuerzas nucleares son de atracción y unas 100 veces más intensas que las electromagnéticas. 4) Las fuerzas nucleares tienen muy corto alcance y son prácticamente nulas a distancias de 10^-15 m. Para distancias muy pequeñas son de repulsión. 5) Las fuerzas nucleares son saturadas, es decir, cada nucleón está ligado solamente a un número determinado de otros nucleones, y no a todos los existentes en el núcleo.

Fisión Nuclear

1) Es la división de núcleos, generalmente los pesados (A > 230), en dos o más núcleos ligeros denominados fragmentos de fisión. 2) El proceso de fisión se produce generalmente por la absorción de un neutrón, con el que el núcleo queda excitado e inestable. En esas condiciones el núcleo se deforma y cuando la fuerza de repulsión electrostática entre protones supera la interacción nuclear fuerte, el núcleo se parte en dos al tiempo que emite dos o tres neutrones y gran cantidad de energía. 3) Los neutrones emitidos pueden, a su vez, fisionar otros núcleos presentes dando lugar así a una reacción en cadena. Si la reacción en cadena no es controlada estaríamos ante el caso de una bomba atómica.

Fusión Nuclear

1) Es la unión de núcleos, normalmente ligeros, para formar uno mayor. 2) Es posible comunicar a los núcleos pequeños una energía cinética suficiente para vencer las repulsiones eléctricas y acercarlos a distancias en las que entren en juego las fuerzas nucleares. 3) Al unir dos núcleos ligeros para formar otro núcleo más pesado y estable, se desprende gran cantidad de energía, ya que la energía de enlace por nucleón es menor para los núcleos ligeros que para los pesados. 4) La gran energía cinética que deben poseer los núcleos inicialmente para que se produzca la fusión implica una temperatura de varios millones de grados, condición que sólo se consigue en el interior de las estrellas.

Aplicaciones de la Radiactividad

1) La mayor parte de las aplicaciones de la radiactividad van ligadas al uso de isótopos radiactivos. Estos son usados con dos fines principalmente. Por un lado, como trazadores, ya que son, desde el punto de vista químico, indiferenciables de sus isótopos estables. Esto permite seguirlos a lo largo de un proceso. Por otro lado, se usan como fuentes de radiación. 2) En la medicina se usan en los escáner de rayos X, la resonancia magnética, los radiofármacos, la esterilización del material quirúrgico,… El isótopo más usado es el ⁶⁰Co. 3) En investigación han sido fundamentales para el esclarecimiento de procesos biológicos. 4) En la industria se usa para el control de calidad de materias primas y productos fabricados en serie. 5) En agricultura, se usa para la conservación de alimentos por irradiación, la esterilización de insectos.

Leyes de Newton y Sistemas Inerciales

1) Se cumple la primera ley de Newton o principio de inercia: “Un cuerpo permanece en su estado de reposo o movimiento rectilíneo uniforme si no actúa ninguna fuerza sobre él”. 2) Las únicas fuerzas que causan variaciones en los movimientos son fuerzas reales, es decir, fuerzas que cumplen la tercera ley de Newton o principio de acción y reacción: “Si un cuerpo ejerce una fuerza sobre otro, éste a su vez ejerce sobre el primero una fuerza con el mismo módulo, misma dirección pero sentido contrario.” 3) Todos los sistemas inerciales están en reposo o en MRU respecto a otros sistemas inerciales.

El Experimento de Michelson-Morley

Motivación

Con el experimento de Michelson-Morley se intentó averiguar la existencia del éter, como medio que ocupa todo el espacio y que servía de transmisión para ondas como las de la luz. Debido al movimiento de la Tierra alrededor del Sol, ésta viajaría a través del éter y por tanto se produciría el denominado viento del éter.

Experimento

La experiencia consistió en medir la velocidad de la luz en dos direcciones perpendiculares en un sistema de referencia fijo en la Tierra. Para ello usaron el llamado interferómetro de Michelson-Morley. Mediante una lámina semiplateada se divide un rayo de luz en dos que recorren caminos perpendiculares, uno en la supuesta dirección del éter y otro en la supuesta dirección perpendicular.

Resultado

La corriente o viento del éter, en caso de que existiera, sería responsable de una diferencia en los tiempos empleados por la luz en recorrer los dos caminos. Michelson y Morley no detectaron ninguna variación de tiempo en ninguna de las direcciones en las que giraron el aparato.

Justificación

La explicación más coherente de estos resultados es que la velocidad de la luz es constante e independiente del movimiento del observador y del movimiento de la fuente emisora.

Principio de Conservación de la Masa-Energía de Einstein

“La masa de un cuerpo puede desaparecer a costa de la aparición de una cantidad equivalente de energía, y viceversa. Dicha equivalencia viene dada por la ecuación E=m·c²”.