自然界の様々な力は、４つの力のどれに還元されますか？

質問

自然界に働く力は全て、(1)万有引力、(2)電磁気力、(3)強い力（中間子に関連）、(4)弱い力（中性子に関連）の４つの力に還元できると聞きました。しかし、実際に自然界で発生している力を考えてみると、さっぱりわからなくなってしまいました。

例えば、以下の力は、上記の４つの力のどれによるものなのでしょうか？

１．慣性力（飛んできたボールがガーンと頭に当たる力）
２．水圧（上下方向は万有引力？　では、横方向の力は？）
３．風圧
４．筋力（例えばジャンプするときの力）
５．爆発力（火薬の場合と原子爆弾の場合）
６．表面張力
７．遠心力

回答No.2

shkwta · ベストアンサー

１：電磁気力。ボールが頭に力を及ぼすというのは、ボールの原子と頭の原子が近づいたとき、エネルギーが上昇することに基づきます。
２：電磁気力。１と同じで、水分子が近づくとエネルギーが上昇します。
３：電磁気力。空気の分子が物体に衝突しているので、１と同じです。
４：電磁気力。筋タンパク（アクチン、ミオシン）の特定の部位に働く分子間力です。
５：爆発力を爆発のエネルギー源と解釈すると電磁気力。
火薬の場合は、原子の結合が組み変わることによって、組み変わる前と後の差に相当するエネルギーが放出されるものです。原子の結合はすべて電磁気力です。
原子爆弾の場合は、核分裂エネルギーの主要部分は、大きな正電荷をもつ原子核が核力に打ち勝って割れ、正電荷同士の斥力によってエネルギーが放出されると解釈されます。
６：表面張力は、分子間力が原因だから電磁気力です。
７：＃１様の説明の通り見かけの力で、回転系から慣性系に座標変換すると消えます。

強い力、弱い力を日常生活で実感することはありません。万有引力以外で日常体験する力はすべて電磁気力です。
化学結合とか分子間力といっているものはすべて電磁気力です。つまり、物体が接触して伝える力は電磁気力です。ロープの張力、バネの力、空気圧、筋力、摩擦力、抗力、応力、物体の衝突など。

お礼

ていねいでわかりやすいご回答ありがとうございました。

回答No.4

apple-man

No.1の慣性だけ４つの力のどれにも
当てはまりません。

ガーンと頭に当たった時には
電磁気的にな力がボールを構成する
原子からから頭を構成する原子に
伝わっていますが。

慣性により運動エネルギーが保存
される原理はまだ不明です。

お礼

ご回答ありがとうございました。

回答No.3

onakyuu

私たちが日常、目にしている現象のほとんどすべては重力と電磁気力
で説明が付きます。
kobareroさんは万有引力とよんでいますが、一般相対性理論での等価
原理（下記ＵＲＬ参照）を考えると、重力とよんだほうがよいです。
それゆえにJosquinさんのいう「見かけの力」も重力に含めます。

原子核と電子が電磁気力の相互作用で原子・分子を構成しているわけ
なのですが、大雑把に言うとミクロなスケールでは電磁気力が、大き
なスケールでは重力が効いてきます。
たとえば、１のサッカーボールの場合、サッカーボール自体の形の変
化は電磁気力ですが、サッカーボールの慣性力は重力そのものです。
前者はサッカーボールの材料（分子組成）によって変わりし、後者は
質量に変わることを考えると理解しやすいかもしれません。
車が急には止まれないのは、電磁気力のせいでなく重力のせいなので
すが、実際のブレーキは電磁気力の効果というわけです。

ということで２と３は重力と電磁気力両方が関わっているのです。
４、５、６のミクロな効果については電磁気力です（原子爆弾は除く）。

参考URL：

www.bun.kyoto-u.ac.jp/~suchii/spacetime2004/ch.2.pdf

お礼

分析的な解説をしていただき、大変ありがとうございました。

回答No.1

パんだ パンだ（@Josquin）

１，７は見かけの力で、実際の力ではありません。
２、３、４、６は分子や原子が元の位置からずれることによる電磁気力。
５の爆発力というのは定義がわかりません。風圧とは違うのでしょうか？

お礼

ご回答ありがとうございました。