Cân bằng thủy tĩnh là gì?

Một thể tích chất lỏng, có thể là một loại khí hoặc chất lỏng, được cho là ở trạng thái cân bằng thủy tĩnh khi lực xuống tác dụng bởi trọng lực được cân bằng bởi lực hướng lên do áp suất của chất lỏng.Ví dụ, bầu khí quyển Trái đất được kéo xuống dưới bởi trọng lực, nhưng về phía bề mặt, không khí bị nén bởi trọng lượng của tất cả không khí ở trên, do đó mật độ không khí tăng lên từ đỉnh khí quyển lên bề mặt Trái đất.Sự khác biệt mật độ này có nghĩa là áp suất không khí giảm theo độ cao để áp suất tăng từ bên dưới lớn hơn áp suất xuống từ trên và lực hướng lên này cân bằng lực hấp dẫn xuống, giữ cho khí quyển ở chiều cao không đổi ít nhiều.Khi một thể tích chất lỏng không ở trạng thái cân bằng thủy tĩnh, nó phải co lại nếu lực hấp dẫn vượt quá áp suất hoặc mở rộng nếu áp suất bên trong lớn hơn. Khái niệm này có thể được biểu thị bằng phương trình cân bằng thủy tĩnh.Thường được nêu là dp/dz ' − gρ và áp dụng cho một lớp chất lỏng trong một thể tích lớn hơn ở trạng thái cân bằng thủy tĩnh, trong đó DP là sự thay đổi áp suất trong lớp, DZ là độ dày của lớp, G là tăng tốc dođến trọng lực và ρ là mật độ của chất lỏng.Phương trình có thể được sử dụng để tính toán, ví dụ, áp suất trong khí quyển hành tinh ở một độ cao nhất định trên bề mặt.Áp lực của nó tăng về phía trung tâm.Sự co lại sẽ tiếp tục cho đến khi có một lực bên ngoài bằng với lực hấp dẫn bên trong.Đây thường là điểm khi áp suất ở trung tâm lớn đến mức các hạt nhân hydro hợp nhất với nhau để tạo ra helium trong một quá trình gọi là phản ứng tổng hợp hạt nhân giải phóng lượng năng lượng khổng lồ, sinh ra một ngôi sao.Nhiệt kết quả làm tăng áp suất của khí, tạo ra một lực bên ngoài để cân bằng lực hấp dẫn vào trong, do đó ngôi sao sẽ ở trạng thái cân bằng thủy tĩnh.Trong trường hợp trọng lực tăng, có lẽ thông qua nhiều khí rơi vào ngôi sao, mật độ và nhiệt độ của khí cũng sẽ tăng, cung cấp áp suất bên ngoài hơn và duy trì trạng thái cân bằng.nhiều năm, nhưng cuối cùng họ sẽ hết hydro và bắt đầu hợp nhất các yếu tố nặng hơn dần dần.Những thay đổi này tạm thời đưa ngôi sao ra khỏi trạng thái cân bằng, gây ra sự mở rộng hoặc co lại cho đến khi một trạng thái cân bằng mới được thiết lập.Sắt không thể được hợp nhất thành các yếu tố nặng hơn, vì điều này sẽ đòi hỏi nhiều năng lượng hơn quá trình sẽ tạo ra, vì vậy khi tất cả nhiên liệu hạt nhân của ngôi sao cuối cùng đã biến thành sắt, không có sự hợp nhất nào nữa và ngôi sao sụp đổ.Điều này có thể để lại một lõi sắt rắn, ngôi sao neutron hoặc lỗ đen, tùy thuộc vào khối lượng của ngôi sao.Trong trường hợp lỗ đen, không có quá trình vật lý nào được biết đến có thể tạo ra đủ áp lực bên trong để ngăn chặn sự sụp đổ hấp dẫn, do đó không thể đạt được trạng thái cân bằng thủy tĩnh và người ta cho rằng ngôi sao co lại một điểm của mật độ vô hạn được gọi là một điểm kỳ dị.