تعادل هیدرواستاتیک

تعادل هیدرواستاتیک

تعادل هیدرواستاتیک چیست؟

به این جملات توجه کنید: یک ستاره می‌تپد زیرا در تعادل هیدرواستاتیکی نیست. نیروی گرانی روی جرم خارجی ستاره که کاملا به وسیله فشار داخلی متعادل نیست، وارد می‌شود.
تعادل هیدرواستاتیک به چه معناست؟ اگر جدا از مباحث و فرمول‌های ریاضی بخواهیم آن را تعریف کنیم، باید بگوییم که
وزن هر لایه در ستاره باید توسط فشار در آن لایه متعادل شود.
بگذارید مثالی بزنیم.

یک دیگ زود پز، در حالی که سوپاپ اطمینانش بالا آمده و دارد سوت می‌زند را تصور کنید.
این اتفاق (سوت زدن زود پز) زمانی رخ می‌دهد که فشار بخار داخل زودپز بایستی به اندازه ای زیاد باشد که با مهار وزن سوپاپ اطمینان، آن را بالا ببرد و راهی به بیرون از محیط پر فشار زود پز پیدا کند. در مدت کوتاهی با خارج شدن و متقابلا کم شدن بخار درون زود پز، فشار درون ظرف هم کاهش پیدا می کند و یک بار دیگر وزن سوپاپ بر فشار بخار درون زودپز قالب می‌شود! و باز دریچه خروج بخار تا زمانی که فشار درون زودپز توانایی مقابله با وزن سوپاپ رو داشته باشد، بسته خواهد ماند.
فضای خالی ما بین مولکولهای سطحی هر ستاره به مثابه میلیاردها سوپاپ تخلیه فشار درون ستاره عمل می کنند. وزن سوپاپ زودپز در مثال بالا، همون جاذبه ستاره (Gravity) است که به واسطه جرم ستاره میل دارد که مولکولها هرچه فشرده تر به هم بچسبند و فشار بخار درون زود پز هم، مشابه فشار پر انرژی محتویات بر انگیخته شده ی درون ستاره (Pressure) است که به واسطه و فعل انفعالات شیمیایی درون ستاره بوجود آمده‌اند.

یک سوال:
با توجه به اینکه٬ برآیند نیروهای گرانش در یک ستاره یا سیاره٬ به سمت مرکز آن ستاره یا سیاره است؛ پس چرا شکل آن جرم آسمانی تغییر نمی‌یابد؟ به عبارت دیگر چرا اجزای این ستاره یا سیاره به سمت داخل فرونمی‌پاشند؟ پاسخ به این سوال راه را برای رسیدن به تعادل هیدرواستاتیکی باز می‌کند.
می‌دانیم که اگر ظرفی حاوی نوعی گاز خاص داشته باشیم٬ گازهای ظرف همواره رو به بیرون فشار می‌آورند. این فشار در مورد گازهای سازنده‌ی ستارگان نیز برقرار است. به عبارت دیگر گازها با فشاری رو به بیرون٬ سعی دارند که از انحصار ستاره بگریزند و یا ابعاد آن را افزایش دهند. اما در طرف مقابل٬ نیروی قوی گرانش٬ گازها را به سمت مرکز ستاره می‌کشاند.
اگر نیروی فشار گاز به اندازه‌ی کافی زیاد نباشد که بتواند در مقابل نیروی گرانش بایستد٬ در این هنگام٬ ستاره اندک‌اندک کوچک و کوچک‌تر می‌شود٬ تا آن‌جا که اندازه‌ی نیروی روبه‌بیرون فشار و نیروی رو به داخل گرانش با هم برابر شوند. در این هنگام تغییر اندازه‌ی ستاره متوقف شده و اصطلاحاً می‌گوییم که ستاره به «تعادل هیدرواستاتیکی» رسیده است.
در مورد سیارات نیز وضع به همین ترتیب است. اگر به یاد داشته باشیم گفتیم که سیارات اگر جرم زیادی داشته باشند؛ آن‌گاه همانند ستاره‌ها٬ شکل کروی می‌یابند. تنها تفاوتی که در این هنگام حاصل می‌شود آن است که اگر سیارات جرم اندکی داشته باشند٬ ممکن است هیچ‌گاه به تعادل هیدرواستاتیکی نرسند و آن‌گاه به اشکال عجیب و غریب دیگری به غیر از کره و شبه‌کره درآیند. (و البته در این صورت دیگر به آن جسم سیاره نمی‌گویند. بنابه‌تعریف ممکن است سیارک یا سیاره‌ی‌کوتوله یا قمر یک سیاره‌ی دیگر باشد.) علت هم این است که کاهش وزن به کاهش نیروی گرانش و در نتیجه برهم‌خوردن تعادل هیدرواستاتیک می‌انجامد.
باید گفت که سیارات و اجرام آسمانی‌ای هم وجود دارند که جرم کافی برای کروی شدن را دارند اما کروی نیستند٬ مقاله را ناکامل به پایان برده‌ایم. به عنوان نمونه٬ می‌توان از سیاره کوتوله‌ی هائومی (Haumea) نام برد که هر چند جرم کافی برای رسیدن به تعادل هیدرواستاتیک را داراست اما شکل آن شبیه یک بیضی‌دوار بسیار کشیده است. از جمله دلایل این شکل عجیب هائومی هم سرعت چرخش فوق‌العاده بالای آن است (هر چهار ساعت یک بار به دور خود می‌چرخد.) که به سبب برخورد با یک جرم آسمانی در چندین میلیارد سال قبل ایجاد شده است و همچنین چگالی فوق‌العاده بالای آن.

در پایان یک بار دیگر مطالب گفته شده را به طور خلاصه در چند سطر بیان می‌کنیم:
هنگامی که مجموع فشار به طرف بیرون حاصل از دمای بسیار بالای گاز با فشار به طرف داخل حاصل از جاذبه به صفر می‌شود، شرط تعادل و پایداری برقرار می‌گردد که به آن تعادل هیدروستاتیکی گفته می‌شود.
در مورد ستاره ها هنگامی که فشار گاز بر جاذبه غلبه کند ستاره بزرگ شده و به غول سرخ تبدیل می‌گردد.
اگر جاذبه بر فشار گاز غلبه کند،کوتوله ی سفید به وجود می‌آید.
اگر هم درتعادل باشند یک ستاره ی رشته اصلی چون خورشید زائیده می‌شود.

image_pdfimage_print
(13 نفر , میانگین : 4٫23 از 5)
لینک کوتاه مقاله : http://bigbangpage.com/?p=353
اسماعیل جوکار

اسماعیل جوکار

نویسنده این مطلب: اسماعیل جوکار، دانشجوی مقطع کارشناسی فیزیک، علاقمند به فیزیک، نجوم و کیهان شناسی می باشد و به عنوان نویسنده در وب سایت بیگ بنگ فعالیت می کند.

شما ممکن است این را هم بپسندید

۴ پاسخ‌ها

  1. mostafa گفت:

    سلام
    خیلی از شما متشکرم بابت تمام مطالب مفید و کارآمدی که در مورد کیهان شناسی میزارید
    من خیلی به کیهان شناسی علاقه دارم وبرای بیشتر فهمیدن در مورد کیهان احتیاج به این دست مطالب دارم که این مطالب رو در سایت وپیج شما در فیسبوک بدست میارم
    به کارتون ادامه بدین که ما به شما احتیاج داریم

  2. ارغوان گفت:

    سلام من یه دانش اموز پایه دوم دبیرستان و رشته م تجربی هست حالا تو یکی کتابای زیستم در رابطه با گردش خون بسته و باز نوشته بود که قلب با مصرف انرژی متابولیکی به گردش خون نیرو میدهد تا فشار هیدروستاتیک خون را بالا ببرد. حالا من اصن نمیفهمم فشار هیدروستاتیک چه ربطی به خون داره؟ از هر کی میپرسم هم بلد نیست دوستان لطفا اگه شما بلدین برام توضیح بدین.خواهش میکنم

    • Mostafa گفت:

      هر سیال در حال حرکتی، دو نوع فشار استاتیکی و دینامیکی داره، استاتیکی ناشی از وزن سیال و نیروی لایه های بالا به پایینه و فشار دینامیکی ناشی از سرعت سیاله. هر پمپی فشار استاتیکی سیال رو بالا می بره. از اونجایی که قلب یک پمپ جابه جایی مثبت می باشد، پس کارش اینه که فشار استاتیکی خون که سیاله رو بالا ببره. میگن هد خروجی (فشار استاتیکی) قلب ۸ متره یعنی تقریبا ۰٫۸ فشار اتمسفر.

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *