Oinarrizko elkarrekintza

Wikipedia, Entziklopedia askea
Jump to navigation Jump to search

Fisikan, oinarrizko elkarrekintza edo oinarrizko indarra oinarrizko partikulen artean gertatzen den elkarrekintza edo indarra da. Eskuarki, lau motatako oinarrizko elkarrekintzak ezagutzen dira naturan: grabitatorioa, elektromagnetikoa, nuklear bortitza eta nuklear ahula. Unibertsoan gauzatzen den edozein interakzio lau indar horietakoa da. Uste da Big Banga baino lehen elkarrekintza bakarra zegoela eta haren ostean lau interakzio hauek sortu zirela.

Gaur egungo teoriaren arabera, elkarrekintzak partikula bitartekariek bidez gertatzen dira, eta interakzioa mota bakoitzak bere partikula bitartekaria du.

Elkarrekintza grabitatorioa[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Bi gorputzek elkarri egiten dizkioten erakartze-indar grabitatorioen norabide eta noranzkoak.

Edozein gorputzek masa edukitzeagatik beste gorputzekiko jasaten duen indar erakarlea da, gorputz guztiak jasaten dutena; bi gorputz sistema modura harturik, lehenengoak () bigarrenari egiten dion indarra () eta bigarrenak lehenengoari egiten diona () elkarren berdinak dira moduluz; gainera, indar horiek bi gorputzak lotzen dituen lerro zuzenaren norabidea dute eta elkarren aurkako noranzkoa, indarra beti baita erakarlea, alegia, bi gorputzak elkartzekoa. Indar grabitatorioa lau elkarrekintzetako ahulena da, baina unibertsoko materia guztiari eragiten dio. Helmen edo irismen infinitua du, unibertso osoa hartzen baitu, eta izugarri handia izan daiteke masa handien artean gertatzen denean, hala nola zeruko astro eta izarren artean. Indar hori da Ilargia Lurraren inguruan ibiltzera behartzen duena, edota Lurra Eguzkiaren inguruan.

Newtonek argitaratu zuen grabitazioaren izaera zehazteko lehenengo teoria zientifikoa, orain dela hirurehun urte gutxi gorabehera. Bere teorian Newtonek ateratako ondorioak esperimentuetan oinarrituta daude, eta naturaren izaera ulertzeko lehenengo hurbilketa da teoria hori, gure inguruko planeten higidurak oso zehazki azaltzen dituena. Newton konturatu zen masadun gorputz guztiak elkar erakartzen dutela, eta teorian adierazi zuen erakarpena masen proportzionala dela, baita masen arteko distantziaren karratuaren alderantziz proportzionala ere. Ondoko formulak zehazten du distantziara dauden eta masadun bi gorputzek jasaten dituzten bi indar erakarleen modulua (gorputz bakoitzak berea):

non grabitazio unibertsalaren konstantearen balioa den, esperimentalki neurtua izan dena, hain zuzen. Horixe da grabitazio unibertsalaren elkarrekintzaren balio numerikoa.

Izatez, teoria hori gure inguruko errealitatea azaltzeko hurbilketa oso ona da, eta horixe da eguzki-sistemako higidurak deskribatzeko erabiltzen dena. Dena den, orain dela ehun urte bere erlatibitatearen teoria orokorra argitaratzean, Einsteinek hobetu egin zuen hurbilketa hori, unibertsoaren egiturarako zehaztuz. Teoria hori askoz zehatzagoa eta orokorragoa da, eta zientzialari gehienek onartuta dago gaur egun. Horren arabera, grabitazio-indarra grabitoien bitartez sortzen dela uste da. Grabitoiek oraindik detektatu ez diren partikula hipotetiko batzuk dira, baina hala eta guztiz ere, grabitazio-indarraren bitartekariak direla uste da.

Grabitazio-indarra beste hiru elkarrekintzekin alderatuko dugu artikulu honen amaieran eta horretarako balio pare bat definituko ditugu: batetik, balio erlatiboa, zeinarekin indarraren ahalmena neurtuko dugun erreferentziatzat indar grabitatorioa harturik; bestetik, jokaera, zeinarekin indarraren balioak distantziaren arabera duen beherapena adieraziko dugun. Indar grabitatorio magnitude erlatiboa unitatea izango da, eta haren intentsitatea distantziaren karratuaren alderantziz proportzionala da (1/r2).

Elkarrekintza elektromagnetikoa[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Elkarrekintza elektromagnetikoak partikula elektrikoek jasaten duten interakzioa da. Interakzio hau atomoen eta molekulen arteko aldaketen eragile nagusia da. Indar grabitatorioa ez bezala, bi eratakoa izan daiteke, erakartze-indarra edo aldaratze-indarra, kontuan izanik karga elektrikoa ere bi motatakoa dela (negatiboa eta positiboa) eta helmen infinitua du. Eta geroagoko taulan ikusiko dugunez, indar grabitatorioa baino askoz intentsoagoa da (1036 aldiz). Kasu honetako partikula bitartekaria argiaren izaerari lotuta dagoen fotoia da. Bi arlotan nabaritzen da elkarrekintza hau: indar elektrostatikoa eta indar magnetikoa.

Elkarrekintza elektrostatikoa[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Historikoki kontsideraturik, lehenik geldi dauden karga elektrikoen arteko interakzioa aztertu zen, elkarrekintza elektrostatikoa alegia. Teoria elektrostatikoa Coulomb-ek 1785ean aurkitutako legean dago oinarrituta. Lege hau esperimentu estatikoetan eginiko neurketetan oinarritu zen, Saiakuntza haien emaitzak aztertuz Coulombek ondorioztatu zuenez, geldi dauden bi karga elektrikoen ( eta ) artean sortzen den erakartze- edo aldaratze-indarren modulua bi kargen balioen proportzionala da eta kargen arteko distantziaren karratuaren alderantziz proportzionala, eta norabidea, bi kargak lotzen dituen lerro zuzenarena. Hortaz, bi karga puntualek elkarri eragiten dizkioten bi indarren modulua hauxe da:

Ikus daitekeenez, portaera hori lehenago indar grabitatorioaren kasuan ikusitakoaren mota berekoa da matematikoki, eta kasu honetan ere irismen infinitukoa da, baina bi berezitasun ditu: batetik, intentsitate oso handia, eta bestetik, indarren noranzkoa bi eratakoa, kargak erakartzekoa edo aldaratzekoa izan baitaiteke. Zehatzago esanda, karga elektrikoak zeinu berekoak badira, aldaratzailea izango da indarra; aurkako zeinukoak badira, ordea, erakarlea. Coulomben legean ageri den konstanteak honako balioa du ingurune hutsean:
non ɛ0 hutsaren permitibitate elektrikoa den.

Interakzio elektrostatikoa aztertzeko, eremu elektrikoa deritzon magnitudea definitzen da era honetan: puntu bateko eremu elektrikoa da puntu horretan legokeen karga positiboaren unitateak jasango lukeen indar elektrikoa. Eremu elektrikoa magnitude bektoriala da eta letraz adierazten da. Eremu elektrikoak balioa duen puntu batean balioko karga bat jartzean, karga horrek indar hau jasaten du:

Gauzak horrela, Coulomben legea kontuan harturik, kargak bere inguruan sorturiko eremu elektrikoaren balioa honakoa izango da:

Higitzen ari diren kargak eta eremu magnetikoak[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Beste aldetik, higitzen ari diren kargen kasua dugu. Horretarako, Ampere-k zirkuituetako korronte elektrikoen arteko elkarrekintza aztertu zuen hainbat esperimentutan eta ondorio hauek atera zituen:

  • a) Karga positiboaren gaineko indar magnetikoa. b) Karga negatiboaren gaineko indar magnetikoa.
    Korronte elektrikoak eremu magnetikoa sortzen du bere inguruan. Eremu magnetikoa () magnitude bektoriala da eta indarra eragiten die higitzen ari diren partikula kargadunetan. Indar horrek balio hau du:
  • Korronte elektrikoa higitzen ari diren kargez osaturik dagoenez, eremu magnetikoak indarra sortzen du zirkuitu elektrikoetan; eta bi korronte elektrikoren artean ere indarra sortzen da.

Ondorio horietan oinarritzen da motor elektrikoen funtzionamendua.

Elkarrekintza nuklear bortitza[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Indar nuklear bortitzak elkartuta mantentzen du atomoen nukleoa. Nukleoa protoiek eta neutroiek osatzen dute, eta quarkez osatuta daude, quarkak elkarturik dauzkan elkarrekintza nuklear bortitzari esker. Elkarrekintza hau oso irismen laburrekoa da, nukleo barnekoa.

Elkarrekintza hau dagoenik eta intentsoena da (grabitatorioa baino 1038 aldiz intentsoagoa), baina oso irismen laburrekoa, nukleoa bilioiren bat milimetrokoa () baita; bestalde, partikula bitartekaria gluoia da. Horixe da nukleo atomikoa hain txikia izatearen arrazoia. Naturan ez dago ehun protoi baino gehiago daukan nukleorik. Protoi gehiegi edukiz gero, nukleoa ez da egonkorra, eta desintegratu egiten da, nukleo txikiagotan zatituz zen.

Elkarrekintza nuklear ahula[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Elkarrekintza ahula edo indar nuklear ahula desintegrazio erradioaktiboaren arduraduna da. Elkarrekintza hau W bosoiak eta Z bosoiak lekuz aldatzean sortzen da. Indar honen efektu ezagunenak b desintegrazioa da. Beta desintegrazioa nukleo atomikoaren barnean gertatzen da eta bi motatakoa izan daiteke:

  • desintegrazioan neutroi batetik protoi bat, elektroi bat eta antineutrino elektroniko bat sortzen dira.
  • desintegrazioan protoi batetik neutroi bat, positroi bat eta neutrino elektroniko bat sortzen dira.

Ahul adjektiboa indar nuklear bortitzarekiko konparaketatik dator, indar hau indar nuklear bortitza baino aldiz txikiagoa baita; irismena ere indar bortitzarena baino mila bider txikiagoa da ()  . Ikusten denez, Indar nuklear ahularen kasuan partikulen identitate-aldaketa bat gertatzen da, mota desberdineko oinarrizko partikulak sortzen baitira. Kasu honetako partikula bitartekariak W eta Z bosoiak dira.

Oinarrizko elkarrekintzen taula konparatiboa[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Ondoko taulan lau oinarrizko elkarrekintzen ezaugarri batzuk ageri dira, intentsitate erlatiboak, partikula bitartekariak eta interakziooaren irismena aipatuz.

Elkarrekintza Partikula bitartekaria Indar erlatiboa Irismena
grabitatorioa grabitoia (hipotetikoa)
elektromagnetikoa fotoia
nuklear bortitza gluoia
nuklear ahula W eta Z bosoiak