Rambler's Top100Astronet    
  po tekstam   po klyuchevym slovam   v glossarii   po saitam   perevod   po katalogu
 

Na pervuyu stranicu
Fizicheskie osnovy stroeniya i evolyucii zvezd

<< 1.7 Variacionnyi princip | Oglavlenie | 2. Analiticheskaya teoriya politropnyh ... >>

1.8 Teorema viriala

Predpolozhim, chto uravnenie sostoyaniya stepennoe: $ P=K\rho^\gamma$. Togda udel'naya teplovaya energiya $ E={K\over {\gamma-1}}\rho^{\gamma-1}={K\over {\gamma-1}}v^{-(
\gamma-1)}$. My znaem, chto v ravnovesii $ \delta {\cal{E}}=0$ pri proizvol'noi $ \delta r(m)$. Pust' $ \delta r=(1+\alpha) r \;(\vert\alpha\vert \ll 1)$. Takoe vozmushenie opisyvaet podobnoe (gomologicheskoe) rasshirenie ili szhatie zvezdy. Togda $ v'=(1+
3\alpha)v, \;\delta U=-\alpha U, \;\delta Q=-3(\gamma-1)\alpha Q$. Sledovatel'no,

$\displaystyle \delta {\cal{E}}=-3(\gamma-1)\alpha Q-\alpha U=0,
$

otkuda

$\displaystyle Q=-{1\over {3(\gamma-1)}}U
$

(eto sootnoshenie i nazyvayut teoremoi viriala). Dlya odnoatomnogo gaza s $ \gamma=
{5\over 3}$ imeem $ Q=-{U\over 2}, \;{\cal{E}}={U\over 2}=-Q$.

\begin{wrapfigure}{l}{0.5\textwidth}
\epsfxsize =0.45\textwidth
\hbox to0.5\textwidth{\hss\epsfbox{fig/f11.ai}\hss}
\end{wrapfigure}
Ris. 11.

Teper' polozhim $ r'=\beta r$, prichem ne budem schitat' $ \vert\beta-1\vert$ maloi velichinoi, a ishodnoe sostoyanie -- ravnovesnym. Oboznachim cherez $ U_1$ i $ Q_1$ sootvetstvuyushie velichiny energii ishodnoi modeli. Togda posle preobrazovaniya $ U={1\over \beta}U_1,
\;Q={1\over {\beta^{3(\gamma-1)}}}Q_1$ (dlya stepennogo uravneniya sostoyaniya). Esli $ \gamma=
{5\over 3}$, to $ Q={1\over \beta^2}Q_1$. Kak vyglyadit v etom sluchae krivaya $ {\cal{E}} (\beta)$? Pri $ \beta \to \infty$ asimptotika opredelyaetsya velichinoi $ U$, pri $ \beta \to 0$ -- velichinoi $ Q$ (ris. 11). Poluchaem, chto pri $ \gamma=5/3$ krivaya imeet odin i tol'ko odin minimum, t.e. ravnovesie ustoichivo.

Poluchim teoremu viriala drugim sposobom iz uravneniya ravnovesiya, prichem zavisimost' $ P(\rho)$ mozhet byt' proizvol'noi. (Vyshe pri vyvode teoremy viriala iz variacionnogo principa zavisimost' $ P=K\rho^\gamma$ byla sushestvenna). Umnozhim uravnenie ravnovesiya (1.6) na $ r$:

$\displaystyle -{r\over \rho} \,{dP\over {dr}}={Gm\over r}
$

i prointegriruem po $ dm$:

\begin{displaymath}
\begin{array}{ll}
\int {Gmdm\over r}&=-\int {r\over \rho} \,...
...ight\vert _0^R+3\int P \,4\pi r^2 dr=3\int PdV, \cr
\end{array}\end{displaymath}

t.e.

$\displaystyle \int {Gmdm\over r}=3\int PdV
$

teorema viriala pri proizvol'nom $ P(\rho)$.

Pri stepennom uravnenii sostoyaniya, ispol'zuya $ P=(\gamma-1)E \,\rho$, imeem uzhe izvestnoe sootnoshenie $ U=-3(\gamma-1)Q$.

V deistvitel'nosti uravnenie sostoyaniya ne stepennoe, no dlya mnogih ocenok polezno znat' svoistva zvezd s takim uravneniem sostoyaniya. Dlya stepennogo uravneniya sostoyaniya imeetsya podobie, t.e. dostatochno reshit' zadachu pri dannom $ \gamma$ dlya odnogo znacheniya $ \rho_c$, chtoby naiti funkcional'nuyu zavisimost' $ M(\rho_c)$ i $ R(\rho_c)$. V sistemu uravnenii

$\displaystyle -{1\over \rho} \,{dP\over {dr}}={Gm\over r^2},\quad {dm\over dr}=4\pi r^2
\,\rho,\quad P=K\rho^\gamma
$

vhodyat razmernye konstanty

$\displaystyle [G]={\mbox{sm}^3\over \mbox{g} \cdot \mbox{s}^2}, \;[K]={\mbox{sm...
...\over \mbox{sm}^3}\right)^{-\gamma+1}, \;[\rho_c]=
{\mbox{g}\over\mbox{sm}^3}.
$

Poetomu, kombiniruya $ G, \;K, \;\rho_c$ v razlichnyh stepenyah, mozhno poluchit' massu, radius i drugie harakteristiki zvezdy. Etu zadachu mozhno reshit' formal'no, sostavlyaya sistemu uravnenii tipa

$\displaystyle [R]=$sm$\displaystyle ^1=[G]^x \,[K]^y \,[\rho_c]^z=$sm$\displaystyle ^\alpha \,$g$\displaystyle ^\beta \,$   s$\displaystyle ^\delta\,,
$

$\displaystyle \alpha=1, \;\beta=0, \;\delta=0, \;$t.e.$\displaystyle $

$\displaystyle 3x+(3\gamma-1)y-3z=1,
$

$\displaystyle -x+(1-\gamma)y+z=0,
$

$\displaystyle -2x-2y=0;
$

otkuda $ x=-{1\over 2}, \;y={1\over 2}, \;z={{\gamma-2}\over 2}$, t.e. $ R\sim (
K/G)^{1\over 2}\rho_c^{{\gamma-2}\over 2}$.

Bolee naglyadno eta svyaz' poluchaetsya s pomosh'yu poryadkovyh ocenok:

$\displaystyle P_c \simeq {GM^2\over R^4}, \quad\rho_c \simeq {M\over R^3}, \quad P_c=K\rho_c^\gamma.
$

Smysl pervogo sootnosheniya legko ponyat', esli vspomnit', chto sila prityazheniya mezhdu dvumya polovinkami zvezdy $ \sim {GM^2\over R^2}$, a davlenie (sila na edinicu ploshadi, proporcional'noi $ R^2$) $ \sim {GM^2\over R^4}$. Isklyuchaya iz etih vyrazhenii $ M$, imeem vyrazhenie dlya $ R$, a isklyuchaya $ R$, nahodim

$\displaystyle {P_c\over \rho_c^{4/3}} \sim GM^{2/3} \sim K\rho_c^{\gamma-4/3}, \quad
\rho_c \sim \left({GM^{2/3}\over K}\right)^{1\over {\gamma-4/3}}.
$

Podcherknem, chto vid krivyh $ M(\rho_c)$ i $ R(\rho_c)$ zavisit ot bezrazmernoi velichiny $ \gamma$, t.e. krivye dlya raznyh $ \gamma$ ne podobny.


<< 1.7 Variacionnyi princip | Oglavlenie | 2. Analiticheskaya teoriya politropnyh ... >>

Publikacii s klyuchevymi slovami: Evolyuciya zvezd - vnutrennee stroenie zvezd - termoyadernye reakcii - fizicheskie processy
Publikacii so slovami: Evolyuciya zvezd - vnutrennee stroenie zvezd - termoyadernye reakcii - fizicheskie processy
Sm. takzhe:
Vse publikacii na tu zhe temu >>

Ocenka: 3.0 [golosov: 120]
 
O reitinge
Versiya dlya pechati Raspechatat'

Astrometriya - Astronomicheskie instrumenty - Astronomicheskoe obrazovanie - Astrofizika - Istoriya astronomii - Kosmonavtika, issledovanie kosmosa - Lyubitel'skaya astronomiya - Planety i Solnechnaya sistema - Solnce


Astronet | Nauchnaya set' | GAISh MGU | Poisk po MGU | O proekte | Avtoram

Kommentarii, voprosy? Pishite: info@astronet.ru ili syuda

Rambler's Top100 Yandeks citirovaniya