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No entiendo por qué la presión debería aumentar con la profundidad en una esfera

Newton demostró que la fuerza gravitatoria a una distancia r del centro de una esfera uniforme es "como si" toda la masa estuviera concentrada en el centro. La prueba que he visto comienza integrando primero sobre la superficie 2d de una cáscara infinitamente delgada, y así encontrar el campo gravitacional de tal cáscara. Fuera de la cáscara se demuestra el "como si" anterior, y luego, como es cierto para todas las cáscaras concéntricas, es cierto para la esfera.

Pero la prueba de Newton para una cáscara también demuestra que el campo gravitatorio DENTRO de la cáscara es exactamente cero en todas las partes internas de la cáscara. Es decir, cuando se suman los campos gravitatorios de todas las partes del armazón, se obtiene un valor idéntico a cero.

Por lo tanto, si usted se encuentra en el pozo de una mina profunda, el campo gravitacional sólo depende de su distancia al centro de la tierra. Es decir, la parte de la masa de la tierra que se encuentra en los pozos por encima de ti no tiene ningún efecto sobre el campo gravitatorio que experimentas. Un análisis más profundo dice que si fuera posible hacer un agujero hasta el centro de la tierra, el campo gravitatorio será directamente proporcional a la distancia lineal (no al cuadrado inverso) desde el centro de la tierra. En particular, el campo gravitatorio en el centro de la tierra sería cero, ya que todas las conchas por encima de ella no tienen ningún efecto gravitatorio neto.

Si el argumento anterior es válido, ¿por qué se dice comúnmente que el centro de un sol está muy comprimido por la gravedad de la masa del sol, y por lo tanto lo suficientemente caliente como para causar la fusión nuclear? Nunca he entendido esta conclusión. ¿Puede alguien explicármelo?

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mhp Puntos 236

Podemos pensar en un objeto en medio de un cuerpo celeste como si estuviera apretado entre columnas de materia que presionan desde todas las direcciones debido a la atracción entre ellas: la suma de todas las fuerzas es cero, pero el apretón podría ser significativo.

Si el cuerpo celeste era sólido, la presión podría ser, al menos parcialmente, aliviada por la tensión en la materia sólida. Para el hijo, thpugh, que está hecho de gas caliente, no habrá mucho de alivio.

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Mark Puntos 1

En particular, el campo gravitatorio en el centro de la Tierra sería nulo, ya que todas las envolturas por encima de ella no tienen ningún efecto gravitatorio neto.

Si el argumento anterior es válido, por qué se dice comúnmente que el centro de un sol está muy comprimido por la gravedad de la masa del sol ...

La presión se debe al peso del material que hay encima. Ese material experimenta una fuerza debida a la gravedad que depende de su radio desde el centro (que no es cero). El hecho de que la fuerza sea cero en el centro no importa para el peso del material fuera del centro, que no es cero.

Un poco de matemáticas :

La fuerza debida a la cáscara en $r$ es su masa por la gravedad que experimenta la cáscara, que es :

$$\delta F = 4\pi r^2 \sigma g(r) \delta r$$

y la gravedad para una esfera uniforme es :

$$g(r) = G \frac 4 3 \pi r^3 \sigma \frac 1 {r^2} = \frac 4 3 G\pi \sigma r$$

La fuerza debida al peso del material por encima de ti en un radio $r$ viene dado por :

$$F = \int^R_r 4 \pi r^2 \sigma \frac 4 3 G \sigma r dr = \frac 4 3 \pi^2G\sigma^2(R^4-r^4)$$

Y la presión es la fuerza sobre el área así que :

$$P=\frac 1 3 \pi G \sigma^2\frac{R^4-r^4}{r^2}$$

Y se puede ver fácilmente que esto aumenta a medida que $r$ aumenta.

Es más complicado en el caso del Sol, donde hay que tener en cuenta la presión hacia fuera del calor procedente del núcleo, pero se puede ver la idea.

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agrublev Puntos 508

La presión proviene de la materia de abajo que impide que la de arriba se siga comprimiendo. Piensa en el centro mismo. Es cierto que allí no actúa la gravedad neta. Pero justo por encima, hay masa con una ligera atracción gravitatoria hacia el centro. Así que quiere acelerar y ocupar el centro también, pero la materia que ya está en el centro empuja hacia atrás para evitar que se comprima más. Esta es la presión que se desarrolla. Luego hay masa encima de esa masa, etc. hasta llegar a la superficie de la Tierra.

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