• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Niestabilność Jeansa

    Przeczytaj także...
    Zapadanie grawitacyjne (kolaps) – zjawisko kurczenia się skupisk materii pod wpływem siły grawitacji. Jeden z najbardziej powszechnych procesów zachodzących we Wszechświecie w najróżniejszych skalach przestrzennych i czasowych, począwszy od formowania się gromad galaktyk, galaktyk, a skończywszy na narodzinach, ewolucji i śmierci gwiazd. Zapadanie obłoków gazu zachodzi, gdy nie jest możliwe zachowanie równowagi hydrostatycznej, tzn. kiedy ciśnienie całkowite gazu nie jest w stanie zrównoważyć oddziaływań grawitacyjnych. Stan taki osiągany jest przez dowolne skupisko materii, które przekroczy masę krytyczną, zwaną masą Jeansa.Galaktyka (z gr. γαλα – mleko) – duży, grawitacyjnie związany układ gwiazd, pyłu i gazu międzygwiazdowego oraz niewidocznej ciemnej materii. Typowa galaktyka zawiera od 10do 10 gwiazd orbitujących wokół wspólnego środka masy.
    Gradient ciśnienia - wielkość fizyczna określająca kierunek najszybszego przyrostu ciśnienia gazu lub cieczy, a także szybkość tego przyrostu. Wielkość ta ma fundamentalne znaczenie w mechanice płynów i dyscyplinach pochodnych, m.in. w hydrodynamice podziemnej i meteorologii, gdyż w przypadku braku niezrównoważonych sił zewnętrznych jej wartość decyduje o kierunku i szybkości przepływu płynów (np. powietrza w atmosferze lub wód podziemnych). Gradient ciśnienia jest wielkością wektorową, a jego jednostką w układzie SI jest paskal na metr (Pa/m).

    Niestabilność Jeansa – proces, który prowadzi do zapadania grawitacyjnego obłoków materii i formowania się gromad galaktyk, galaktyk, gwiazd itp. Niestabilność zachodzi w przypadku, kiedy obłok gazu nie jest w stanie zachować równowagi hydrostatycznej, którą określa wzór:

    gdzie:

    Grawitacja (ciążenie powszechne) – jedno z czterech oddziaływań podstawowych, będące zjawiskiem naturalnym polegającym na tym, że wszystkie obiekty posiadające masę oddziałują na siebie wzajemnie przyciągając się.Fala akustyczna – rozchodzące się w ośrodku zaburzenie gęstości (i ciśnienia) w postaci fali podłużnej, któremu towarzyszą drgania cząsteczek ośrodka. Ośrodki, w których mogą się poruszać, to ośrodki sprężyste (ciało stałe, ciecz, gaz). Zaburzenia te polegają na przenoszeniu energii mechanicznej przez drgające cząstki ośrodka (zgęszczenia i rozrzedzenia) bez zmiany ich średniego położenia.
  • Mob – masa części obłoku od jego środka do rozważanego miejsca,
  • p – ciśnienie w analizowanym miejscu,
  • ρ – gęstość,
  • G – stała grawitacji,
  • r – promień, odległość od środka obłoku do analizowanego miejsca.
  • Stan równowagi jest stabilny, jeżeli małe zaburzenia są wygaszane w czasie, natomiast niestabilny, kiedy ulegają wzmocnieniu. Zasadniczo stabilność obłoku materii zależy od wszystkich funkcji termodynamicznych, jako że zarówno ciśnienie, jak i gęstość mogą być np. funkcją temperatury.

    Prędkość dźwięku w określonym ośrodku – prędkość rozchodzenia się w nim podłużnego zaburzenia mechanicznego.Gradient – w analizie matematycznej, a dokładniej rachunku wektorowym, pole wektorowe wskazujące kierunki najszybszych wzrostów wartości danego pola skalarnego w poszczególnych punktach, przy czym moduł (długość) każdej wartości wektorowej jest równy szybkości wzrostu. Wektor przeciwny do gradientu nazywa się często antygradientem.

    Masa Jeansa[]

    Masa Jeansa została nazwana na cześć brytyjskiego fizyka Sir Jamesa Jeansa, który badał zjawisko kolapsu grawitacyjnego obłoków gazu. Jeans pokazał, iż w pewnych warunkach, obłok gazu lub jego część, może stać się niestabilny i zacząć się zapadać, jeżeli gradient ciśnienia nie będzie w stanie zrównoważyć siły grawitacji. Ponadto pokazał, że dla ustalonych parametrów fizycznych obłoku (tj. temperatura, gęstość itp.), istnieje ściśle określona granica masy, po przekroczeniu której obłok ulegnie gwałtownemu zapadnięciu i będzie się kurczył, dopóki jakaś siła nie przeciwstawi się kolapsowi. Jeans podał wzór pozwalający określić stabilność obłoku tylko na podstawie jego gęstości i temperatury.

    Temperatura – jedna z podstawowych wielkości fizycznych (parametrów stanu) w termodynamice. Temperatura jest związana ze średnią energią kinetyczną ruchu i drgań wszystkich cząsteczek tworzących dany układ i jest miarą tej energii.Gromada galaktyk – skupisko od kilkudziesięciu do kilku tysięcy galaktyk tworzących układ związany grawitacyjnie. Mniejsze ugrupowania nazywane są grupami. Galaktyki w gromadzie galaktyk poruszają się po skomplikowanych torach wokół środka masy gromady, zazwyczaj znajdującego się w pobliżu największych galaktyk w gromadzie. Prędkości galaktyk w małych grupach galaktyk są rzędu 200 km/s, ale rosną do prędkości rzędu 800 km/s w dużych gromadach galaktyk.

    Przybliżoną masę krytyczną można wydedukować z prostych rozważań fizycznych. Niech obłok gazu będzie jednorodną kulą o promieniu R, masie M oraz określonej gęstości i ciśnieniu, wyrażonymi przez prędkość dźwięku cs. Jeżeliby w niewielkim stopniu ścisnąć hipotetyczny obłok, fale dźwiękowe będą przeciwdziałać kurczeniu i odbudowywać stan równowagi (zmieniając gradient ciśnienia), w czasie

    Stała grawitacji (oznaczenie: G lub γ) – stała fizyczna służąca do opisu pola grawitacyjnego. Jako pierwszy wyznaczył ją Henry Cavendish. Obecnie używana wartość została opublikowana w 2002 roku przez Komitet Danych dla Nauki i Techniki (CODATA) i wynosi:Ciśnienie – wielkość skalarna określona jako wartość siły działającej prostopadle do powierzchni podzielona przez powierzchnię na jaką ona działa, co przedstawia zależność:

    Równocześnie siła grawitacji będzie próbowała jeszcze bardziej ścisnąć obłok w skali czasowej spadku swobodnego:

    Gwiazda – kuliste ciało niebieskie stanowiące skupisko powiązanej grawitacyjnie materii w stanie plazmy bądź zdegenerowanej. Przynajmniej przez część swojego istnienia gwiazda w sposób stabilny emituje powstającą w jej jądrze w wyniku procesów syntezy jądrowej atomów wodoru energię w postaci promieniowania elektromagnetycznego, w szczególności światło widzialne. Gwiazdy zbudowane są głównie z wodoru i helu, prawie wszystkie atomy innych cięższych pierwiastków znajdujące się we Wszechświecie powstały w efekcie zachodzących w nich przemian jądrowych lub podczas wieńczących ich istnienie wybuchów.Funkcja (łac. functio, -onis, „odbywanie, wykonywanie, czynność”) – dla danych dwóch zbiorów X i Y przyporządkowanie każdemu elementowi zbioru X dokładnie jednego elementu zbioru Y. Oznacza się ją na ogół f, g, h itd.

    gdzie:

    Gęstość liczbowa – wielkość intensywna określająca liczbę obiektów przypadających na jednostkę objętości. Stosowana jest, między innymi, w odniesieniu do cząstek, nośników ładunku, gwiazd i komórek. W opisie zagadnień chemicznych (na przykład przy określaniu zawartości cząstek stałych – pyłów, włókien – w powietrzu) używany jest również termin stężenie liczbowe, przez analogię do innych sposobów wyrażania stężeń w chemii, a w innych dziedzinach także koncentracja.Termodynamika – nauka o energii, dział fizyki zajmujący się badaniem energetycznych efektów wszelkich przemian fizycznych i chemicznych, które wpływają na zmiany energii wewnętrznej analizowanych układów. Wbrew rozpowszechnionym sądom termodynamika nie zajmuje się wyłącznie przemianami cieplnymi, lecz także efektami energetycznymi reakcji chemicznych, przemian z udziałem jonów, przemianami fazowymi, a nawet przemianami jądrowymi i energią elektryczną.
  • G – stała grawitacji,
  • – gęstość,
  • n – koncentracja cząsteczek gazu.
  • W zależności od tego, która skala czasowa jest krótsza, obłok będzie:

  • stabilny – tdzw < tff, oscylacje ciśnienia przywrócą stan równowagi,
  • niestabilny – tdzw > tff, siła grawitacji przeważy i obłok zapadnie się.
  • Wychodząc z warunku niestabilności (tdzw > tff), można pokazać, iż istnieje pewna charakterystyczna długość RJ

    zwana długością Jeansa.

    Równowaga hydrostatyczna (równowaga dynamiczna) – stan równowagi materii, kiedy siła grawitacji jest zrównoważona przez siłę gradientu ciśnienia, działającą w odwrotnym kierunku.Sir James Hopwood Jeans, ur. 11 września 1877 w Ormskirk, Lancashire, zm. 16 września 1946 r. w Dorking, Surrey, był angielskim fizykiem, astronomem i matematykiem.

    Wszystkie jednorodne, sferycznie symetryczne obłoki materii o promieniu R > RJ są niestabilne grawitacyjnie.

    Z założenia jednorodności i sferycznej symetrii obłoku można, na podstawie długości Jeansa, wyprowadzić wzór na masę krytyczną:




    w oparciu o Wikipedię (licencja GFDL, CC-BY-SA 3.0, autorzy, historia, edycja)

    Reklama