Fuerzas a distancia: concepto, características, ejemplos
¿Qué son las fuerzas a distancia?
Las fuerzas a distancia o fuerzas de acción a distancia, como también se las conoce, son aquellas que no necesitan que los objetos con los que interactúan estén en contacto físico. De allí deriva su nombre.
El peso es la fuerza a distancia más conocida y familiar de todas porque actúa en cada situación cotidiana imaginable, pero también están las fuerzas eléctricas y magnéticas.
Por ejemplo, una manzana caerá del árbol porque se encuentra cerca de la superficie de la Tierra y esta ejerce siempre una fuerza de atracción sobre ella, sea que esté suspendida del árbol a cierta altura, que se encuentre encima de una mesa o simplemente esté sobre el suelo. El peso de la manzana actúa siempre y hace que la manzana caiga en cuanto la oportunidad se presente.
En esto las fuerzas a distancia se diferencian de las fuerzas de contacto, porque estas sí requieren el contacto entre superficies para manifestar su acción. El rozamiento es una de las fuerzas de contacto más frecuente y no hay problema alguno en que las fuerzas de contacto actúen conjuntamente con las fuerzas de distancia sobre un mismo cuerpo.
El peso es la principal fuerza a distancia que se conoce, o por lo menos la más familiar para todos, pero hay otras, como la fuerza electrostática, la fuerza magnética y las fuerzas nucleares fuerte y débil, que actúan a nivel del átomo y el núcleo atómico.
Características de las fuerzas a distancia
Las principales características de las fuerzas a distancia son:
-No requieren que los objetos que interactúan se encuentren en contacto directo.
-Tienen asociado un campo de fuerza que sirve como mediador para la interacción.
Isaac Newton no tuvo problema en establecer la acción a distancia como la forma en que la gravedad actúa sobre la manzana que cae. Aunque Newton pensaba concretamente en la gravedad, y no en la interacción eléctrica o la interacción magnética que tampoco requieren contacto entre cuerpos.
Sin embargo, hay pequeño un inconveniente con esto, ya que la acción a distancia implica que la información entre los objetos fluye instantáneamente. Así, el cuerpo que ejerce la fuerza siempre detecta la posición del otro objeto en todo momento, pero la cuestión es que ninguna información puede viajar más rápido que la luz en el vacío.
El concepto de campo de fuerzas
El hecho de que nada viaja más deprisa que la luz en el vacío llevó a la creación del concepto de campo de fuerzas, a través del cual ocurre la interacción.
El físico inglés Michael Faraday fue el primero en definir un campo de fuerzas, esta vez pensando en la interacción electromagnética, aunque la idea se extiende a otras fuerzas que actúan sin necesidad de contacto directo.
Así por ejemplo, el campo gravitatorio terrestre es el que actúa como mediador entre la Tierra y la manzana, y es a través del campo que esta última percibe la masa de la Tierra y es atraída hacia ella.
Por eso algunos autores prefieren llamar a las fuerzas de distancia como fuerzas de campo (field force en inglés), siendo el campo una entidad vectorial relacionada con la fuerza y a cargo de establecer la interacción entre los objetos en cada punto del espacio. Gracias al campo de fuerza, el objeto que lo produce no tiene necesidad de enterarse siquiera de que está afectando a otro.
Ejemplos de fuerzas a distancia
Las fuerzas que se describen brevemente a continuación forman parte de las interacciones fundamentales de la naturaleza. Las más familiares, como se dijo, son la gravedad y las fuerzas electromagnéticas.
Sin embargo, el papel de las fuerzas nucleares fuerte y débil es fundamental en la estabilidad de la materia, sin ellas no existiría el universo como lo conocemos.
La gravedad
La fuerza de gravedad surge entre dos objetos que posean masa y siempre es de atracción. Se llama peso, cuando el objeto que la ejerce es la Tierra y el que la recibe está cerca de la superficie, pero existe entre cualquier par de objetos con masa, aunque si la masa de los objetos es muy pequeña, la fuerza de atracción entre ambos no sea evidente.
Es de largo alcance, por eso la fuerza de gravedad se manifiesta poderosamente a escala cósmica: gracias a ella el Sol mantiene a los planetas y demás objetos del Sistema Solar en sus respectivas órbitas.
Asimismo es la fuerza primordial gracias a la cual se forman los cuerpos celestes como las estrellas y los planetas, el Sol y la Tierra incluidos.
La fuerza electrostática
Esta fuerza hace su aparición entre objetos que tienen carga eléctrica y puede ser de atracción o de repulsión. Hay dos tipos de carga: positiva y negativa. En el átomo, los protones en el núcleo poseen carga positiva, mientras que los electrones la tienen negativa.
Por lo general el átomo es neutro, lo cual significa que el número de protones iguala al de los electrones, pero a veces la materia se ioniza, es decir, adquiere exceso de electrones o los pierde. En tal caso existe una carga neta, la cual puede interactuar con otras cargas.
La existencia de la fuerza electrostática es fácil de comprobar: basta con peinarse con un peine de plástico y acercarlo a pedacitos de papel o de confeti. De inmediato se ve que el peine atrae los trocitos de papel.
La fuerza magnética
Los antiguos griegos conocían, a través del testimonio de Tales de Mileto, un mineral abundante en las colinas de la ciudad de Magnesia en Asia Menor, capaz de atraer trozos de minerales a base de hierro o níquel. Este mineral es un óxido de hierro llamado magnetita, el cual a su vez puede magnetizar a otros minerales susceptibles y transformarlos en un imán.
Los imanes desvían la brújula y también un alambre por el que circula una corriente eléctrica se comporta como un imán. De hecho, el magnetismo está asociado a las cargas eléctricas en movimiento.
La polaridad es una característica de los imanes, hay de dos tipos: polo norte y polo sur. Los polos opuestos se atraen y los polos iguales se repelen, pero a diferencia de las cargas eléctricas, en la naturaleza nunca se encuentran separados, los imanes siempre son dipolos.
Las fuerzas nucleares fuerte y débil
Estas fuerzas no son observables fácilmente, pero tienen la importante misión de mantener cohesionado el núcleo atómico, muy necesaria si se considera que el núcleo está conformado por protones, que al ser todos de carga positiva experimentan repulsión eléctrica.
Son fuerzas de corto alcance, ya que solamente actúan a distancias semejantes al tamaño del núcleo atómico, aproximadamente del orden de 10-15 m, una distancia sumamente pequeña.
Todas las fuerzas a distancia son muy importantes, porque en su acción se compaginan para darle forma al universo conocido.