Interacciones Fundamentales, Efecto Fotoeléctrico, Radiactividad y Postulados de Einstein

Interacciones Fundamentales de la Naturaleza y sus Propiedades

Las cuatro interacciones fundamentales, junto con sus características principales, son:

• Gravitatoria: Se manifiesta entre cuerpos con masa. Siempre es atractiva y tiene un gran alcance. Es una interacción débil, y su formulación clásica se encuentra en la ley de la gravitación universal de Newton.
• Electromagnética: Actúa entre cuerpos con carga eléctrica. Puede ser tanto atractiva como repulsiva. Es más intensa que la gravitatoria y también tiene un gran alcance. Su formulación clásica se describe mediante las ecuaciones de Maxwell (aunque en ciertos casos se pueden emplear las leyes de Coulomb y de Biot-Savart).
• Nuclear fuerte: Solo se considera entre partículas elementales debido a su cortísimo alcance. Es la responsable de la cohesión del núcleo, manteniendo unidos a los nucleones. Es una interacción muy intensa a distancias nucleares.
• Nuclear débil: Solo se considera entre partículas elementales debido a su cortísimo alcance. Es responsable de la desintegración beta de algunos núcleos inestables. Es más débil que la nuclear fuerte y la electromagnética, pero a distancias nucleares supera a la gravitatoria.

El Efecto Fotoeléctrico

El efecto fotoeléctrico ocurre cuando la luz incide sobre una superficie metálica. Si la frecuencia de la luz supera un valor umbral, se desprenden electrones. Estos electrones, sometidos a un potencial, pueden generar una corriente eléctrica.

Características clave:

• La intensidad de la luz incidente no afecta la velocidad de los electrones arrancados, pero sí influye en la intensidad de la corriente generada.
• La frecuencia de la luz incidente y la longitud de onda sí influyen en la velocidad de los electrones desprendidos.

El efecto fotoeléctrico fue una confirmación experimental de la teoría cuántica de la luz.

Una aplicación práctica del efecto fotoeléctrico se encuentra en los sistemas de seguridad para la detección de objetos, como en las puertas automáticas de los ascensores.

El Período de Semidesintegración

El período de semidesintegración es el tiempo necesario para que una muestra de núcleos de un material radiactivo se reduzca a la mitad.

Fisión y Fusión Nuclear

Fisión nuclear: Proceso en el que se rompen núcleos atómicos al ser bombardeados con partículas. Se produce principalmente con núcleos pesados.

Fusión nuclear: Unión de varios núcleos para formar un núcleo más pesado. Se produce principalmente con núcleos ligeros.

Son procesos inversos. Ambos liberan una gran cantidad de energía. Actualmente, la fisión nuclear es controlable, mientras que la fusión nuclear aún no se ha logrado controlar de forma sostenida.

Postulados de Einstein (1905)

Einstein formuló dos postulados fundamentales en su teoría de la relatividad especial:

1. Primer postulado: Todas las leyes de la naturaleza (no solo las de la dinámica) deben ser las mismas para todos los observadores inerciales que se mueven con velocidad constante unos respecto a otros. Este postulado implica la ausencia de un marco de referencia universal y que ninguna experiencia física puede determinar si un objeto está en reposo o en movimiento rectilíneo uniforme (MRU). Las leyes de la Física deben expresarse de forma que no cambien al pasar de un observador inercial a otro.
2. Segundo postulado: La velocidad de la luz es independiente del movimiento relativo de la fuente luminosa y de los observadores inerciales. Su valor es una constante universal (c), aproximadamente igual a 3 x 10⁸ m/s.

Isótopos

Los isótopos son átomos que tienen el mismo número atómico (Z), pero diferente número de neutrones (N). Por lo tanto, tienen distinto número másico (A). Los isótopos presentan el mismo comportamiento químico, aunque difieren en su masa atómica y en otras propiedades, como el comportamiento radiactivo.

Grado de Peligrosidad de la Radiación

• Fuente externa: Los rayos gamma son los más peligrosos por su alta penetración. Las partículas alfa no penetran más allá de la piel.
• Fuente interna: Las partículas alfa son las más peligrosas debido a su corto alcance y mayor masa, produciendo ionizaciones locales y alteraciones químicas significativas.

Aplicaciones de la Radiactividad

• Medicina: Tratamiento y diagnóstico del cáncer, estudio de órganos y esterilización de material quirúrgico.
• Industria: Radiografías para examinar planchas de acero, soldaduras y construcciones.
• Química: Investigación de mecanismos de reacción y fabricación de productos químicos.
• Otros campos: Fabricación de relojes de precisión, generadores auxiliares para satélites y estudio de la fotosíntesis en biología.