Die vier Grundkräfte im Überblick

Grundkräfte der Physik

Kräfte sind in der Physik sehr wichtig. Deshalb wird die Physik manchmal sogar als die Lehre von den Kräften in der Natur bezeichnet. Der Begriff Kraft wird in den Naturwissenschaften aber anders verwendet als im Alltag. In der Physik ist die Kraft eine Modellvorstellung, um Wirkungen und Veränderungen zu beschreiben.

Beispiele für die Auswirkungen der elektromagnetischen Kraft:

Die vier Grundkräfte der Physik sind unterschiedlich stark, sie reichen unterschiedlich weit und sie beruhen auf einer unterschiedlichen Art und Weise, wie sich physikalische Objekte gegenseitig beeinflussen können.

	Kraft	relative Stärke	Reichweite
	starke Wechselwirkung	100	2,5 $$\cdot$$ 10-15 m
	elektromagnetische Wechselwirkung	1	unendlich
	schwache Wechselwirkung	10-11	1 $$\cdot$$ 10-18 m
	Gravitation	10-36	unendlich

Gravitation und elektromagnetische Kraft

Die Gravitation (Schwerkraft) ist die gegenseitige Anziehung von Massen. Entstehung und Bewegung von Planeten, Sternen und Galaxien beruhen auf dieser Grundkraft, die Materie über sehr große Entfernungen zusammenhält. Wenn die Masse sehr klein ist, wie zum Beispiel im atomaren Bereich, ist sie vernachlässigbar.

Die elektromagnetische Kraft ist die Anziehung und Abstoßung von elektrischen Ladungen. Sie ist stärker als die Gravitation, sie hält Elektronen und Atomkerne zusammen und sie ist auch für die Chemie entscheidend. Theoretisch wirkt sie auch über sehr große Entfernungen. Wenn die Masse aber groß ist, spielt sie keine Rolle, weil sich die positiven und negativen Ladungen in einem großen Körper immer annähernd gleichmäßig verteilen. Andernfalls würde der Körper auseinanderfallen. Planeten, Sternen und Galaxien zum Beispiel sind in Summe elektrisch neutral.

Schwache und starke Wechselwirkung

Die schwache und die starke Wechselwirkung wirken nur über extrem kleine Entfernungen. Deshalb spielen sie praktisch nur im Atomkern eine Rolle.

Die schwache Wechselwirkung wirkt im Inneren der Protonen und Neutronen. Durch die Umwandlung von Protonen in Neutronen bewirkt die schwache Wechselwirkung in der Sonne die Fusion von Wasserstoff zu Helium. Das bringt uns auf der Erde die Energie, die für alle Lebewesen notwendig ist. Die schwache Wechselwirkung bewirkt auch die radioaktive β-Umwandlung (β-Zerfall) von Atomkernen.

Die starke Wechselwirkung hält Protonen und Neutronen (d. h. den Atomkern) zusammen. Grundsätzlich ist ihre Wirkung umso stärker, je weiter die Teilchen im Atomkern voneinander entfernt sind. Sind diese Teilchen aber zu weit voneinander entfernt, schwächt sich die Wirkung dann wieder ab, weil die starke Wechselwirkung nur eine sehr kleine Reichweite hat. Die starke Wechselwirkung bewirkt auch den radioaktiven α-Zerfall von Atomkernen. Die ionisierende Strahlung ist für unsere Gesundheit sehr gefährlich.

Gefährliche Schatzsuche

Hier befinden sich unter der Erde 9 radioaktive Dinge. Nimm den Geigerzähler zu Hilfe, um diese Dinge zu finden!