Wat is hydrostatisch evenwicht?

Een volume vloeistof, dat een gas of een vloeistof kan zijn, wordt gezegd dat het in hydrostatisch evenwicht is wanneer de door de zwaartekracht wordt uitgeoefend in evenwicht wordt gebracht door een opwaartse kracht die wordt uitgeoefend door de druk van de vloeistof.De atmosfeer van de aarde wordt bijvoorbeeld naar beneden getrokken door de zwaartekracht, maar in de richting van het oppervlak wordt de lucht gecomprimeerd door het gewicht van alle lucht erboven, dus de dichtheid van de lucht neemt toe van de bovenkant van de atmosfeer naar het aardoppervlak.Dit dichtheidsverschil betekent dat de luchtdruk afneemt met de hoogte, zodat de opwaartse druk van onderaf groter is dan de neerwaartse druk van boven en deze netto opwaartse kracht de neerwaartse kracht van de zwaartekracht in evenwicht houdt, waardoor de atmosfeer op een min of meer constante hoogte blijft.Wanneer een volume vloeistof niet in hydrostatisch evenwicht is, moet het samentrekken als de zwaartekracht de druk overschrijdt of uitzet als de interne druk groter is.

Dit concept kan worden uitgedrukt als de hydrostatische evenwichtsvergelijking.Het wordt meestal vermeld als dp/dz ' −gρ en is van toepassing op een vloeistoflaag binnen een groter volume in hydrostatisch evenwicht, waarbij DP de verandering in druk in de laag is, Dz is de dikte van de laag, G is de versnelling verschuldigdtot zwaartekracht en ρ is de dichtheid van de vloeistof.De vergelijking kan worden gebruikt om bijvoorbeeld de druk in een planetaire atmosfeer op een gegeven hoogte boven het oppervlak te berekenen.

Een volume van gas in de ruimte, zoals een grote wolk van waterstof, zal aanvankelijk contracteren vanwege de zwaartekracht, met de zwaartekracht, metDe druk neemt toe naar het midden.De samentrekking zal doorgaan totdat er een uiterlijke kracht is die gelijk is aan de binnenwaartse zwaartekracht.Dit is normaal gesproken het punt waarop de druk in het midden zo groot is dat de waterstofkernen samengaat om helium te produceren in een proces dat nucleaire fusie wordt genoemd dat enorme hoeveelheden energie vrijgeeft, waardoor een ster wordt gebaard.De resulterende warmte verhoogt de druk van het gas, waardoor een uiterlijke kracht wordt geproduceerd om de innerlijke zwaartekracht in evenwicht te brengen, zodat de ster in hydrostatisch evenwicht zal zijn.In het geval dat de zwaartekracht toeneemt, misschien door meer gas dat in de ster valt, zullen de dichtheid en de temperatuur van het gas ook toenemen, waardoor meer naar buiten druk wordt en het evenwicht behouden.Jaren, maar uiteindelijk zullen ze geen waterstof meer hebben en geleidelijk zwaardere elementen beginnen te combineren.Deze veranderingen zetten de ster tijdelijk uit evenwicht, waardoor expansie of samentrekking veroorzaakt totdat een nieuw evenwicht is vastgesteld.IJzer kan niet worden gefuseerd in zwaardere elementen, omdat dit meer energie zou vereisen dan het proces zou produceren, dus wanneer alle nucleaire brandstof van de ster uiteindelijk is omgezet in ijzer, kan er geen verdere fusie plaatsvinden en de ster stort in.Dit kan een solide ijzeren kern, een neutronenster of een zwart gat achterlaten, afhankelijk van de massa van de ster.In het geval van een zwart gat kan geen bekend fysiek proces voldoende interne druk genereren om de ineenstorting van de zwaartekracht te stoppen, dus hydrostatisch evenwicht kan niet worden bereikt en wordt gedacht dat de ster tot een punt van oneindige dichtheid staat die bekend staat als een singulariteit.