Física Aplicada - Aula 02 - Força Nuclear

 

A força nuclear é a força entre as partículas no núcleo de um átomo. Ela pode existir entre dois prótons, dois nêutrons ou entre um próton e um nêutron. A força nuclear é atrativa. Ela mantém os prótons e nêutrons unidos e é responsável pela estabilidade do núcleo. É uma força de curto alcance, com um alcance da ordem da dimensão do próton, que se anula a uma distância específica.

A força nuclear depende do spin. No entanto, ela é independente da carga, o que significa que as forças entre dois prótons, dois nêutrons e um próton e um nêutron são aproximadamente as mesmas quando as forças eletromagnéticas são ignoradas.

Propriedades da Força Nuclear: Aqui estão alguns fatos e características da força nuclear. Classificada em força nuclear forte e força nuclear fraca, ocorre entre núcleos, como prótons e nêutrons. É de curto alcance e finito (da ordem da dimensão do próton). A força nuclear forte é 137 vezes mais poderosa que a força elétrica. Não afeta as propriedades físicas e químicas de uma substância. É Detectado por meio de reações nucleares e radioatividade e dependente do spin das partículas.

Tipos: Forças Nucleares Fortes e Fracas: A força nuclear pode ser classificada em dois tipos.

1. Força Nuclear Forte: A força atrativa garante a unidade do núcleo, mantendo unidas todas as partículas fundamentais, como prótons, nêutrons e quarks. Essa força é responsável pela radiação alfa.
2. Força Nuclear Fraca: A força que atua dentro dos nucleons individuais e que, ocasionalmente, leva à transformação de um nêutron em um próton e vice-versa. Essa força é comumente observada durante o decaimento beta.

Tanto a força nuclear forte quanto a fraca estão presentes no núcleo de um átomo. Ambas atuam sobre os quarks que compõem os prótons e nêutrons. Elas têm um alcance curto e finito e são mais poderosas que a gravidade.

Força nuclear forte versus força nuclear fraca

Força Nuclear Forte

Definição: A força atrativa entre as partículas fundamentais que compõem um núcleo.

Responsável por manter os quarks unidos nos bárions; e prótons e nêutrons em um núcleo.

Força Relativa: 1;

Faixa: 10-15 m​;

Portadores de força: Glúons;

Descrito por: Cromodinâmica quântica;

Exemplo: A força entre um nêutron e um próton.

Força Nuclear Fraca:

Definição: A força que transforma um nêutron em um próton durante o decaimento radioativo de núcleos específicos.

Responsável por: Decaimento radioativo e nucleossíntese;

Força Relativa: 10 -6;

Faixa: 10-18 m​;

Portadores de força: Bósons W e Z;

Descrito por: Dinâmica quântica de sabores;

Exemplos: Decaimento beta do urânio-235;

Aqui estão algumas das aplicações da força nuclear.

• 
  Usina nuclear;
• Armas nucleares;
• Diagnóstico e tratamento médico avançados;
• A datação por radiocarbono (determina a idade dos materiais orgânicos a partir da abundância de isótopos de carbono);
• Determine a idade da Terra;
• Responsável pela existência do Sol.

Diferença entre a força gravitacional e a força nuclear:
Força gravitacional

Ocorre entre: Objetos astronômicos;

Ocorre em: Espaço;

Faixa: Infinito;

Força: Mais fraca que a força nuclear;

Força Nuclear

Ocorre entre: Partículas fundamentais;

Ocorre em: Núcleo de um átomo;

Faixa: Curto alcance;

Força: Mais forte que a força gravitacional.

Quando um núcleo atômico ganha um próton, ocorre uma interação entre a força nuclear forte e a repulsão eletrostática dos prótons. Esse processo pode liberar ou absorver energia, dependendo da estabilidade do novo núcleo formado. Se o núcleo resultante tiver maior energia de ligação nuclear (mais estável), a diferença de energia será liberada na forma de radiação, como ocorre na fusão nuclear no Sol. Já em casos onde o núcleo se torna menos estável, energia precisa ser absorvida. A energia liberada pode ser calculada pela equação E=Δm⋅c^2 , onde Δm é o defeito de massa e c é a velocidade da luz, sendo tipicamente medida em MeV. Exemplos práticos incluem a formação de isótopos e os processos de fusão nuclear que alimentam as estrelas.

© Direitos de autor. 2022: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 28/12/2025