什么是靜水平衡(Hydrostatic Equilibrium)？
當重力所施加的向下的力與流體壓力所施加的向上的力相平衡時，流體的體積（可以是氣體或液體）被稱為流體靜力平衡。例如，地球的大氣被重力向下拉，但朝向地面的空氣則被所有空氣的重量壓縮因此，從大氣層頂部到地球表面的空氣密...
當重力所施加的向下的力與流體壓力所施加的向上的力相平衡時，流體的體積（可以是氣體或液體）被稱為流體靜力平衡。例如，地球的大氣被重力向下拉，但朝向地面的空氣則被所有空氣的重量壓縮因此，從大氣層頂部到地球表面的空氣密度增加，這種密度差意味著氣壓隨著高度的增加而降低，因此來自下面的向上壓力大于來自上面的向下壓力，這個凈向上的力平衡了重力向下的力，保持了大氣在或多或少恒定的高度。當一個體積的流體不處于靜水平衡狀態時，如果重力超過壓力，它必須收縮；如果內部壓力更大，它必須膨脹。
流體體積在靜水平衡中，當重力向下的力被流體壓力施加的向上的力平衡時，這個概念可以用靜水平衡方程來表達表示為dp/dz=?gρ，適用于流體靜力平衡中體積較大的一層流體，其中dp是該層內的壓力變化，dz是該層的厚度，g是重力引起的加速度，ρ是流體的密度。該方程可用于計算，例如，行星大氣中離地表一定高度處的壓力在黑洞的情況下，無法實現流體靜力平衡。空間中的一個體積的氣體，如一個大的氫氣云，最初會由于重力而收縮，當它的壓力向中心增加時，收縮將繼續，直到有一個向外的力等于向內的引力。這通常是中心的壓力非常大，氫原子核在一個叫做核聚變的過程中融合在一起產生氦，釋放出大量的產生恒星的能量。產生的熱量增加了氣體的壓力，產生了一個向外的力來平衡向內的引力，這樣恒星就會處于靜水平衡狀態。在重力增加的情況下，也許是通過更多的氣體落入恒星中，氣體的密度和溫度也會增加，提供更大的向外壓力并維持平衡。恒星在很長一段時間內保持靜水平衡，通常是幾十億年，但最終它們會耗盡這些變化暫時使恒星失去平衡，導致膨脹或收縮，直到新的平衡建立。鐵不能被熔化成更重的元素，因為這將需要比這個過程產生的更多的能量，所以當恒星的所有核燃料都最終轉化為鐵，再也不能發生聚變，恒星就會崩塌這可能會留下一個固體的鐵心，一個中子星或一個黑洞，這取決于恒星的質量。就黑洞而言，沒有已知的物理過程能夠產生足夠的內部壓力來阻止引力坍縮，所以流體靜力平衡無法實現，人們認為恒星收縮到一個無限密度的點，稱為奇點。
流體體積在靜水平衡中，當重力向下的力被流體壓力施加的向上的力平衡時，這個概念可以用靜水平衡方程來表達表示為dp/dz=?gρ，適用于流體靜力平衡中體積較大的一層流體，其中dp是該層內的壓力變化，dz是該層的厚度，g是重力引起的加速度，ρ是流體的密度。該方程可用于計算，例如，行星大氣中離地表一定高度處的壓力在黑洞的情況下，無法實現流體靜力平衡。空間中的一個體積的氣體，如一個大的氫氣云，最初會由于重力而收縮，當它的壓力向中心增加時，收縮將繼續，直到有一個向外的力等于向內的引力。這通常是中心的壓力非常大，氫原子核在一個叫做核聚變的過程中融合在一起產生氦，釋放出大量的產生恒星的能量。產生的熱量增加了氣體的壓力，產生了一個向外的力來平衡向內的引力，這樣恒星就會處于靜水平衡狀態。在重力增加的情況下，也許是通過更多的氣體落入恒星中，氣體的密度和溫度也會增加，提供更大的向外壓力并維持平衡。恒星在很長一段時間內保持靜水平衡，通常是幾十億年，但最終它們會耗盡這些變化暫時使恒星失去平衡，導致膨脹或收縮，直到新的平衡建立。鐵不能被熔化成更重的元素，因為這將需要比這個過程產生的更多的能量，所以當恒星的所有核燃料都最終轉化為鐵，再也不能發生聚變，恒星就會崩塌這可能會留下一個固體的鐵心，一個中子星或一個黑洞，這取決于恒星的質量。就黑洞而言，沒有已知的物理過程能夠產生足夠的內部壓力來阻止引力坍縮，所以流體靜力平衡無法實現，人們認為恒星收縮到一個無限密度的點，稱為奇點。
- 發表于 2020-08-21 23:38
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