Apa itu keseimbangan hidrostatik?

Volume cairan, yang dapat berupa gas atau cairan, dikatakan berada dalam kesetimbangan hidrostatik ketika gaya ke bawah yang diberikan oleh gravitasi diseimbangkan oleh gaya ke atas yang diberikan oleh tekanan cairan.Misalnya, atmosfer bumi ditarik ke bawah oleh gravitasi, tetapi ke permukaan udara dikompresi oleh berat semua udara di atas, sehingga kepadatan udara meningkat dari atas atmosfer ke permukaan bumi.Perbedaan kepadatan ini berarti bahwa tekanan udara berkurang dengan ketinggian sehingga tekanan ke atas dari bawah lebih besar dari tekanan ke bawah dari atas dan gaya ke atas ini menyeimbangkan gaya gravitasi ke bawah, menjaga atmosfer pada ketinggian yang lebih atau kurang konstan.Ketika volume cairan tidak dalam keseimbangan hidrostatik, ia harus berkontraksi jika gaya gravitasi melebihi tekanan, atau memperluas jika tekanan internal lebih besar.

Konsep ini dapat dinyatakan sebagai persamaan kesetimbangan hidrostatik.Biasanya dinyatakan sebagai dp/dz ' −gρ dan berlaku untuk lapisan cairan dalam volume yang lebih besar dalam kesetimbangan hidrostatik, di mana DP adalah perubahan tekanan dalam lapisan, DZ adalah ketebalan lapisan, G adalah akselerasi yang jatuh tempountuk gravitasi dan ρ adalah kepadatan cairan.Persamaan dapat digunakan untuk menghitung, misalnya, tekanan dalam atmosfer planet pada ketinggian tertentu di atas permukaan.

Volume gas di ruang angkasa, seperti awan besar hidrogen, pada awalnya akan berkontraksi karena gravitasi, denganTekanannya meningkat ke arah pusat.Kontraksi akan berlanjut sampai ada gaya luar yang sama dengan gaya gravitasi ke dalam.Ini biasanya adalah titik ketika tekanan di tengah sangat besar sehingga inti hidrogen menyatu bersama untuk menghasilkan helium dalam proses yang disebut fusi nuklir yang melepaskan energi dalam jumlah besar, melahirkan bintang.Panas yang dihasilkan meningkatkan tekanan gas, menghasilkan gaya luar untuk menyeimbangkan gaya gravitasi ke dalam, sehingga bintang akan berada dalam keseimbangan hidrostatik.Jika terjadi gravitasi, mungkin melalui lebih banyak gas yang jatuh ke dalam bintang, kepadatan dan suhu gas juga akan meningkat, memberikan lebih banyak tekanan luar dan mempertahankan keseimbangan.Bertahun -tahun, tetapi akhirnya mereka akan kehabisan hidrogen dan mulai menggabungkan elemen yang semakin berat.Perubahan -perubahan ini sementara membuat bintang keluar dari keseimbangan, menyebabkan ekspansi atau kontraksi sampai keseimbangan baru ditetapkan.Besi tidak dapat menyatu ke dalam elemen yang lebih berat, karena ini akan membutuhkan lebih banyak energi daripada yang akan dihasilkan oleh proses, jadi ketika semua bahan bakar nuklir bintang akhirnya berubah menjadi zat besi, tidak ada fusi lebih lanjut yang dapat terjadi dan bintang runtuh.Ini mungkin meninggalkan inti besi yang solid, bintang neutron atau lubang hitam, tergantung pada massa bintang.Dalam kasus lubang hitam, tidak ada proses fisik yang diketahui yang dapat menghasilkan tekanan internal yang cukup untuk menghentikan keruntuhan gravitasi, sehingga keseimbangan hidrostatik tidak dapat dicapai dan diperkirakan bahwa bintang berkontraksi hingga titik kepadatan tak terbatas yang dikenal sebagai singularitas.