静水圧均衡とは何ですか？

ガスまたは液体である可能性のある液体の体積は、重力によって加えられた下向きの力が液体の圧力によって加えられた上向きの力によってバランスが取れている場合、静水圧平衡状態にあると言われています。たとえば、地球の大気は重力によって下向きに引っ張られますが、表面に向かって空気は上のすべての空気の重量によって圧縮されるため、大気の上部から地球の表面まで空気の密度が増加します。この密度の差は、空気圧が高度とともに低下するため、下からの上向きの圧力が上からの下向きの圧力よりも大きく、この正味の上向きの力は重力の下向きの力のバランスをとり、大気を多かれ少なかれ一定の高さに保ちます。流体の量が静水圧平衡状態にない場合、重力が圧力を超えている場合は収縮するか、内圧が大きい場合は拡張しなければなりません。

この概念は、静水圧平衡方程式として表現できます。通常、DP/と述べられていますdz =-gρ、静水圧平衡の大量内の流体の層に適用されます。DPは層内の圧力の変化、dzは層の厚さ、gは重力による加速、ρは流体の密度です。方程式は、たとえば、表面の上の特定の高さの惑星大気内の圧力を計算するために使用できます。

水素の大きな雲など、空間内の大量のガスは、最初は重力のために収縮し、その圧力は中心に向かって増加します。収縮は、内向きの重力に等しい外側の力があるまで続きます。これは通常、中心の圧力が非常に大きいため、水素核が融合して核融合と呼ばれるプロセスでヘリウムを生成し、膨大な量のエネルギーを放出し、星を産みます。結果として生じる熱により、圧力が増加しますガスは、内向きの重力のバランスをとるために外向きの力を生成し、星が静水圧平衡状態になります。重力が増加した場合、おそらくより多くのガスが星に落ちると、ガスの密度と温度も増加し、より外向きの圧力を提供し、平衡を維持します。

星は長期間、通常は数十億年にわたって静水圧平衡状態を維持しますが、最終的には水素がなくなり、徐々に重い元素の融合を開始します。これらの変化は、星を一時的に平衡状態から外し、新しい平衡が確立されるまで膨張または収縮を引き起こします。鉄をより重い元素に融合することはできません。これにより、プロセスが生成するよりも多くのエネルギーが必要になるため、すべての星の核燃料が最終的に鉄に変換された場合、さらなる融合は起こり、星は崩壊します。これは、の質量に応じて、固体鉄のコア、中性子の星、またはブラックホールが残る場合があります星。ブラックホールの場合、既知の物理プロセスは重力崩壊を止めるのに十分な内部圧力を生成することができないため、静水圧平衡を達成できず、星は特異性として知られる無限密度の点に収縮すると考えられています。