¿Por qué se mueven los objetos cuando se aplica una fuerza desequilibrada?

Esta es realmente una pregunta muy interesante. Es aún más interesante cuando te das cuenta de que si empujas un bloque para que mueva los átomos de tu dedo, en realidad nunca toca ningún átomo del bloque.

En parte, lo que está en juego aquí es el principio de Pauli. Este es un principio que se aplica a todos los fermiones. Es decir, protones, neutrones, electrones, etc. El otro tipo de partículas son bosones y no se ven afectados por el principio de Pauli. De hecho, se adhieren a una forma de principio inverso de Pauli al que volveré.

Resulta que si tiene un fermión en un estado particular, entonces no puede tener otro fermión del mismo tipo en el mismo estado. Es por eso que la capa más interna solo tiene espacio para dos electrones. Cualquier tercer electrón necesariamente tendría el mismo estado que uno de los dos electrones presentes, por lo que no puede estar allí, sino que debe colocarse en una capa de energía superior. De la misma manera que un bloque que está encima de otro bloque no puede caer a través del bloque debajo de él, aunque eso sería una energía potencial menor que la que tiene actualmente. Por lo tanto, el principio de Pauli evita que las cosas hechas de átomos pasen a través de otras cosas hechas de átomos.

En contraste, un bosón como los fotones tienen un principio de Pauli inverso en el sentido de que en lugar de rechazar los fotones del mismo estado, tienen menor energía si están en el mismo estado. Entonces, en un láser, por ejemplo, todos los fotones tienen el mismo estado y si un fotón tuviera un estado diferente, caería en el mismo estado y liberaría energía.

Entonces, cuando empujas ese bloque, los átomos de tu dedo se acercan a los átomos del bloque, pero el principio de Pauli les impide estar en el mismo estado. Una forma de evitar eso es bloquear sus dedos para que se acerquen, lo que sentiría si intenta empujar un bloque que es demasiado pesado para empujar o si el bloque es móvil, los átomos de su dedo “empujarán” los átomos de la cuadra. Es uno u otro lo que debe suceder ya que de lo contrario sería contrario al principio de Pauli.

Ahora, que los átomos del bloque tienen que moverse, ejerces esta fuerza sobre el bloque con el tiempo y eso hace que el bloque se acelere. ¿Por qué está pasando eso? En última instancia, está sucediendo debido a las fuerzas electromagnéticas en juego. Los átomos de su dedo están rodeados de electrones que están cargados negativamente y los átomos del bloque también están rodeados de electrones que están cargados negativamente. Las cargas negativas se repelen, por lo que los átomos de su dedo repelerán los electrones del bloque y, a medida que se fuerzan a moverse, los núcleos de los átomos se moverán con ellos moviendo todo el bloque. La fuerza que necesita aplicar para que esto suceda depende de la masa del bloque para una aceleración dada y para una fuerza y ​​masa dada hay una aceleración dada de acuerdo con la ley de Newton F = ma.

Si quieres saber por qué es así, debes preguntar qué es la masa. La masa es esencialmente energía que está limitada espacialmente. Es decir, si tiene una caja que contiene partículas en el interior que rebota hacia adelante y hacia atrás contra las paredes para que la energía cinética en el interior no pueda escapar de la caja, esa energía cinética puede registrarse como masa. Es decir, aumentar la energía cinética hará que la caja se sienta más pesada. Esto se debe a que al intentar levantar la caja, las partículas que rebotan en la parte superior lo harán menos, ya que está moviendo la caja y más en la parte inferior, lo que hace que sienta resistencia para levantarla, por lo tanto, el peso aumenta. El peso y la masa están estrechamente relacionados a través de la aceleración gravitacional, por lo que también significa que la masa aumenta.

Entonces, darse cuenta de que la masa es esencialmente energía encajonada, es decir, energía que está limitada espacialmente y luego puede ver que empujar un bloque del doble de la masa simplemente significa que más energía está rebotando en la pared que empuja y menos rebotes en la pared opuesta dando el bloqueo es una resistencia a ser empujado y eso es exactamente lo que es la masa.

Además, la simetría del espacio implica la conservación del momento y la tasa de cambio de momento en un objeto es la fuerza aplicada al objeto. Nuevamente, dando F = ma o p = mv y F = dp / dt, que son las ecuaciones centrales que tratan con la fuerza, la masa y los objetos.

Se remonta a la definición de una fuerza. Según la segunda ley de Newton, la fuerza dividida por la masa del objeto aplicado a un objeto da una aceleración, es decir, F = ma. Por definición, aceleración significa movimiento. Permanecerá estático si hay una fuerza igual y opuesta. Eso sucede cada vez que el objeto está sentado sobre algo, en cuyo caso habrá una fuerza de fricción que se opone al movimiento, como sabrá si alguna vez ha empujado algo que es realmente pesado.

En lugar de ser una pregunta tonta, en realidad has dado el primer paso para comprender cómo funciona la teoría. El primer paso es hacer algunas observaciones y hacer una declaración para explicarlas, lo que puede requerir algunos términos nuevos. Así, un antiguo podría decir: “La fuerza es algo que causa movimiento”. Entonces puede notar que no siempre es así, y aquí hay un punto crítico: puede ir de dos maneras, como “La fuerza es algo que a veces causa movimiento” o “La fuerza es algo que causa movimiento, a menos que sea cancelado por un oponente fuerza.” Si opta por el segundo, decidirá que cuando encuentra algo que no puede empujar y mover, que necesita un nuevo término, e “inventa” fricción. Habiendo llegado tan lejos, no avanzarás mucho sin algunos experimentos elementales, porque tienes que probar las propiedades de esta fricción, y si eres realmente brillante, terminas con uno de los experimentos de Galileo y se te ocurre el principio de equivalencia. , que automáticamente te lleva a la segunda ley de Newton. Aristóteles, curiosamente, en realidad estaba interesado en los experimentos, pero de alguna manera extrañaba la naturaleza aditiva (vector) de las fuerzas.

A2A: La fuerza es una invención humana, una palabra. Su significado está definido por la segunda ley de movimiento de Newton: F = ma, donde m es un valor de proporcionalidad dependiente del objeto que Newton supone que es constante para un objeto dado. La fuerza no es directamente medible; la aceleración o deformación se mide en su lugar, y se supone que es proporcional.

Esta interpretación moderna de lo que Newton llamó un axioma comenzó con Einstein y persiste hoy. La razón por la cual la fuerza resulta en movimiento es simplemente la definición.

Puede hacer que algo se detenga cuando se aplica una fuerza desequilibrada. Lo que hace es cambiar la inercia actual (masa * velocidad), en una nueva inercia. Entonces, si te topas con una pared de ladrillos, la pared de ladrillos reacciona (elásticamente) a tu intrusión en tu espacio, y esta fuerza se distribuye en algo que se parece al peso, y también excita la red de dolor para hacerte saber que ha sucedido.

El porqué fundamental es desconocido, porque nosotros (la mayoría de la comunidad de la humanidad y la física) no sabemos, quizás no podamos saber por qué las leyes de la Naturaleza son lo que son, pero si su por qué solicita una explicación en términos de lo que creemos que sabemos, entonces, en el nivel más fundamental, la aceleración es la más fácil de definir y la más intuitiva de entender, no la fuerza. Eso me hace sugerirle que no pregunte por qué una fuerza hace que un cuerpo se mueva (como si entendiéramos la fuerza y ​​quisiéramos aprender cómo causa el movimiento), sino que pregunte qué es la fuerza que causa la aceleración. [respuesta en progreso …]

Declaración incorrecta, un objeto acelera bajo fuerzas desequilibradas, podría moverse sin fuerzas que actúen en absoluto.