¿Relación entre masa, energía y una fuerza?

Hay tantos detalles en los que se podría entrar, pero intentaré señalar los aspectos más importantes:

1. El concepto de fuerza está estrechamente relacionado con el de energía: la fuerza puede verse como algo que cambia la energía de un sistema al realizar un trabajo sobre este último. En cinemática, el trabajo se define por una integral espacial sobre la fuerza que actúa sobre un objeto:

   $W=\int\vec{F}\cdot d\vec{x}.$

   La fuerza se define como un cambio en el impulso de una partícula. Dado que esto implica un cambio en la velocidad, también cambiará su energía cinética. Otro ejemplo sería la termodinámica, donde una fuerza puede cambiar la energía interna de un sistema.

   Dentro de la teoría cuántica de campos (QFT), la energía de una partícula depende de su interacción con otras partículas. Tal interacción es una generalización mecánica cuántica de una fuerza clásica y, aunque los casos clásico y cuántico comparten ciertas características, existen diferencias cruciales. Para una explicación más detallada, consulte mi respuesta a la pregunta 3.

2. Gracias a la teoría de la relatividad especial sabemos que la masa y la energía son equivalentes y están relacionadas por la famosa fórmula

   $E=mc^2.$

   Los términos masa y energía a menudo se usan como sinónimos.

3. Para describir las cuatro fuerzas fundamentales, tenemos dos teorías: la relatividad general, que es una teoría de la gravitación (GR); y el modelo estándar de física de partículas (SM), que es la teoría de las interacciones electromagnéticas, fuertes y débiles. Las leyes de fuerza clásicas (Coulomb, Newton) surgen como límites de baja energía de estas teorías no clásicas.

   En el contexto de GR, la fuerza gravitatoria surge como efecto de la curvatura del espacio-tiempo provocada por la presencia de energía/masa. La fuerza en sí misma puede considerarse ficticia y el resultado del hecho de que los objetos siguen los caminos más cortos a través del espacio-tiempo (geodésicas).

   El SM está formulado en el marco de QFT y, como tal, describe partículas en términos de campos. La energía de una partícula depende de la presencia de otros campos (en este caso, se habla de "acoplamiento", se dice que la teoría es interacción). El concepto de fuerza se generaliza de tal manera que ahora se habla de desintegración de partículas. Las partículas se descomponen en otras según ciertas leyes con una cierta probabilidad que se puede calcular (por ejemplo, desintegración beta).

4. Puede haber movimiento sin fuerza. Por la definición de fuerza como un cambio de cantidad de movimiento, uno puede imaginar un universo que consta de partículas que se mueven a velocidad constante entre sí.

5. Dentro de QFT, la transferencia de cantidad de movimiento se describe en términos de dispersión (para la cual puede calcular las amplitudes) y decaimiento (el proceso de una partícula que se deshace en otras partículas tiene que respetar la conservación de la cantidad de movimiento).

Según nuestras mejores teorías disponibles, incluido el modelo estándar, las respuestas serían:

Respuesta 1 . Las fuerzas entre partículas surgen del intercambio de partículas portadoras de fuerza que son paquetes o cuantos de energía de un tipo particular de campo.

Respuesta 2 . El bosón de Higgs, el portador de fuerza del campo de Higgs da masa a las partículas fundamentales.

Respuesta 3 . El Modelo Estándar contiene las partículas, cada una de las cuales es una excitación de un campo de fuerza particular. La fuerza electromagnética se puede describir por el intercambio de fotones. La fuerza nuclear que une protones y neutrones puede describirse mediante un campo efectivo del cual los mesones son las excitaciones. La fuerte interacción entre los quarks puede describirse mediante el intercambio de gluones virtuales. El decaimiento beta es un ejemplo de una interacción debida al intercambio de un bosón W, pero no un ejemplo de una fuerza. La gravedad no forma parte del modelo estándar, pero se cree que puede haber partículas llamadas gravitones que son las excitaciones de las ondas gravitatorias.

Respuesta 4 . Si todas las fuerzas del universo se eliminaran por completo, creo que tendríamos cualquier materia, y mucho menos la idea de materia inmóvil. No habría nada que detuviera a las partículas elementales para formar materia.

Respuesta 5 . Por el movimiento de los portadores de fuerza del respectivo campo de fuerza que transfiere el momento de una partícula a la otra.

Todos pesamos (tantas) libras o kilogramos. El peso es una de muchas FUERZAS (F). La fuerza es la masa (M) por la aceleración (a). ..... La Tierra nos atrae hacia su centro usando la FUERZA del peso a través de la aceleración llamada "g". Varía ligeramente dependiendo de la ubicación. Dado nuestro peso y la aceleración de la Tierra, la MASA de nuestro cuerpo se encuentra por M=F/a Nuestros cuerpos tienen Masa, una computadora tiene Masa, todo lo que tiene peso tiene Masa , Para mover una Masa una cierta distancia, como mover un carro , necesitamos ENERGÍA que está contenida en el combustible. Para ello necesitamos una Fuerza y ​​la distancia (d) movimos la Masa durante un Tiempo determinado(t). Se utilizan diferentes unidades para la energía; la energía eléctrica, por ejemplo, está en Kilovatios-hora (mira tu factura de la luz). La energía térmica está en calorías. Hay muchas fuentes de energía .

hay una respuesta corta. hay una respuesta larga. la respuesta larga es obtener un título en física.

también hay respuestas intermedias. esos dependen de la teoría que quieras ver. Sin embargo, lo más importante es que nadie en este planeta sabe las respuestas exactas a sus preguntas. son temas de investigación en física.

una respuesta corta podría ser: masa, energía y fuerzas son sinónimos.

¿como puede ser? especialmente, ¿cómo puede una fuerza ser energía o masa? bueno, en la física moderna las fuerzas se describen mediante interacciones. esas interacciones a su vez son descritas por las llamadas partículas de interacción y lo que hacen. podemos observarlos y lo que hacen al dejar que las partículas choquen en máquinas enormes, como los colisionadores de partículas.

entonces podemos hacer muchas matemáticas avanzadas e ingeniería para ocultar el hecho de que en realidad no sabemos las respuestas a esas cinco preguntas anteriores.