Qu'est-ce que l'équilibre hydrostatique?

Un volume de liquide, qui peut être un gaz ou un liquide, serait en équilibre hydrostatique lorsque la force vers le bas exercée par la gravité est équilibrée par une force ascendante exercée par la pression du fluide.Par exemple, l'atmosphère terrestre est tirée vers le bas par gravité, mais vers la surface, l'air est comprimé par le poids de tout l'air au-dessus, de sorte que la densité de l'air augmente du haut de l'atmosphère à la surface de la Terre.Cette différence de densité signifie que la pression de l'air diminue avec l'altitude de sorte que la pression ascendante en dessous est supérieure à la pression vers le bas par-dessus et cette force vers le haut nette équilibre la force vers le bas de la gravité, en gardant l'atmosphère à une hauteur plus ou moins constante.Lorsqu'un volume de fluide n'est pas en équilibre hydrostatique, il doit se contracter si la force gravitationnelle dépasse la pression ou se dilater si la pression interne est plus élevée.

Ce concept peut être exprimé comme l'équation d'équilibre hydrostatique.Il est généralement indiqué comme dp / dz ' −gρ petit et s'applique à une couche de liquide dans un plus grand volume d'équilibre hydrostatique, où le DP est le changement de pression dans la couche, DZ est l'épaisseur de la couche, g est dû à l'accélération dueà la gravité et ρ est la densité du fluide.L'équation peut être utilisée pour calculer, par exemple, la pression dans une atmosphère planétaire à une hauteur donnée au-dessus de la surface.

Un volume de gaz dans l'espace, comme un grand nuage d'hydrogène, se contractera initialement en raison de la gravité, avecsa pression augmente vers le centre.La contraction se poursuivra jusqu'à ce qu'il y ait une force extérieure égale à la force gravitationnelle intérieure.C'est normalement le point où la pression au centre est si grande que les noyaux d'hydrogène fusionnent ensemble pour produire de l'hélium dans un processus appelé fusion nucléaire qui libère d'énormes quantités d'énergie, donnant naissance à une étoile.La chaleur résultante augmente la pression du gaz, produisant une force extérieure pour équilibrer la force gravitationnelle vers l'intérieur, de sorte que l'étoile sera en équilibre hydrostatique.En cas d'augmentation de la gravité, peut-être que plus de gaz tombant dans l'étoile, la densité et la température du gaz augmenteront également, offrant plus de pression extérieure et en maintenant l'équilibre.

Les étoiles restent dans l'équilibre hydrostatique sur de longues périodes, généralement plusieurs milliardsannées, mais finalement ils manqueront d'hydrogène et commenceront à fusionner des éléments progressivement plus lourds.Ces changements ont temporairement mis l'étoile hors de l'équilibre, provoquant une expansion ou une contraction jusqu'à ce qu'un nouvel équilibre soit établi.Le fer ne peut pas être fusionné en éléments plus lourds, car cela nécessiterait plus d'énergie que le processus ne produirait, donc lorsque tout le combustible nucléaire de l'étoile s'est finalement transformé en fer, aucune fusion supplémentaire ne peut avoir lieu et que l'étoile s'effondre.Cela pourrait laisser un noyau en fer solide, une étoile à neutrons ou un trou noir, selon la masse de l'étoile.Dans le cas d'un trou noir, aucun processus physique connu ne peut générer une pression interne suffisante pour arrêter l'effondrement gravitationnel, de sorte que l'équilibre hydrostatique ne peut pas être obtenu et on pense que l'étoile se contracte à un point de densité infinie connue sous le nom de singularité.