(Universul care se prăbușește sau Istoria găurilor negre)

Ediție:

gravitațional

Isaac Azimov. Doamna gravitațională a universului

Traducător: Radka Dinekova

Recenzent: Valeri Golev

Recenzori ai traducerii: Nadka Stoyanova, Krassimira Abadjieva

Editor: Valeri Golev

Artist de copertă: Vladimir Minchev

Artist-editor: Dimitar Petkov

Editor tehnic: Yordanka Ivanova

Corector: Slavka Krasteva

American. Ediția I.

Format 70X90/32 Cuptor. mașini 18.00 Ed. când 10.51 PEC 12.19

Editura de Stat Narodna Prosveta - Sofia, 1990.

Compania de stat „Polyprint” - Vratsa

Pe alte site-uri:

Cuprins

  • 1. Particule și forțe
    • 1
    • Cele patru forțe
    • Atomi
    • Densitate
    • Gravitatie
  • 2. Planetele
    • Pământul
    • Celelalte planete
    • Viteza de evitare
    • Densitatea și formarea planetelor
  • 3. Materie densă
    • Intestinele planetelor
    • Rezistența la presiune
    • Stelele
    • Materie degenerată
  • 4. Pitici albi
    • Giganți roșii și sateliți întunecați
    • Superdensitate
    • Schimbarea la roșu a lui Einstein
    • Formarea piticilor albi
  • 5. Materie explozivă
    • Big Bang-ul
    • Secvența principală
    • Nebuloasele planetare
    • Noile stele
    • Supernove
  • 6. Stele de neutroni
    • Dincolo de piticii albi
    • Dincolo de lumină
    • Pulsari
    • Proprietățile stelelor de neutroni
    • Efecte de maree
  • 7. Găuri negre
    • Victoria finală
    • Detectarea găurilor negre
    • Mini găuri negre
    • Utilizarea găurilor negre
  • 8. Sfârșiturile și începuturile
    • Sfarsit?
    • Lovituri de ciocănitoare * și găuri albe
    • Quasarii
    • Oul cosmic
  • Anexa 1. Exprimarea numerelor sub formă de grade
  • Anexa 2. Sistemul metric
  • Anexa 3. Scale de temperatură

Densitate

Atomii sau moleculele fiecărei bucăți de substanță se îndepărtează unul de celălalt pe măsură ce temperatura crește sau din alt motiv, iar acest lucru duce la o scădere a masei într-un volum prestabilit al substanței respective. Dacă atomii sau moleculele se apropie unul de celălalt, se va întâmpla opusul.

Cantitatea de masă dintr-un volum dat este definită ca densitate și rezultă că atunci când o substanță se extinde, densitatea acesteia scade și, atunci când se micșorează, crește.

Oamenii de știință care folosesc sistemul metric măsoară masa în grame și volumul în centimetri cubi. Un gram este o unitate relativ mică de masă, doar aproximativ 1/28 uncie, sau 1/450 lira. Și în ceea ce privește centimetrul cub, este egal cu aproximativ 1/16 inch cub. [1]

Pentru a avea o idee despre o densitate normală, trebuie să știți că un centimetru cub de apă are o masă de un gram. (Aceasta nu este o coincidență. Cele două măsuri au fost alese încă din 1790 pentru a se potrivi în acest fel.) Prin urmare, putem spune că densitatea apei este de un gram pe centimetru cub, sau pe scurt - 1 g/cm 3 .

Modificările de densitate nu apar numai în timpul expansiunii și contracției. Diferite substanțe au densități diferite datorită naturii structurii lor.

Gazele au densități mai mici decât lichidele, deoarece sunt formate din atomi individuali sau molecule care sunt slab atrase unul de celălalt. Moleculele de lichide sunt în contact una cu cealaltă, în timp ce atomii sau moleculele de gaze sunt mult mai mobile, se lovesc reciproc și se împrăștie în lateral și astfel rămân departe unul de celălalt. O mare parte din volumul de gaz este ocupat de spațiul gol dintre atomi sau molecule.

De exemplu, hidrogenul testat la temperatura și presiunea normală a Pământului va avea o densitate de aproximativ 0,00009 g/cm 3 (sau 9 X 10 –5 g/cm 3). Densitatea apei lichide este puțin mai mare de 11.000 de ori mai mare decât cea a hidrogenului gazos.

Densitatea hidrogenului ar deveni și mai mică dacă moleculele de hidrogen (sau atomii săi individuali) continuă să se separe. În spațiul cosmic, de exemplu, există o materie atât de mică încât există în medie doar un atom de hidrogen pe centimetru cub. În acest caz, densitatea mediului în spațiul cosmic este de ordinul 0,000000000000000000000017 g/cm 3 - într-adevăr extrem de mică. Densitatea apei este de aproximativ 600 miliarde de miliarde de ori mai mare decât densitatea mediului în spațiul cosmic.

Diferite gaze diferă ca densitate. În aceleași condiții, atomii sau moleculele care alcătuiesc gazele sunt separate de goluri la fel de mari. Prin urmare, densitatea depinde de masa atomilor sau moleculelor individuale. Dacă unul dintre cele două gaze este format din molecule cu masa de celălalt de trei ori, atunci densitatea primului va fi de trei ori densitatea celui de-al doilea.

De exemplu, hexafluorura de uraniu este un gaz ale cărui molecule au o masă deosebit de mare. Fiecare dintre moleculele sale este formată dintr-un atom de uraniu și șase atomi de fluor și este, în general, de 176 de ori mai masivă decât o moleculă de hidrogen, care are doi atomi de hidrogen. Hexafluorura de uraniu este un lichid gazos care este transformat într-o stare gazoasă prin încălzire foarte mică și are o densitate de aproximativ 0,016 g/cm3. Densitatea apei lichide este de doar 62,5 ori densitatea acestui gaz.

Cu toate acestea, gazele, chiar și hexafluorura de uraniu, sunt aproape goale. Dacă un astfel de gaz se micșorează - de exemplu într-un vas bine izolat, ale cărui pereți se apropie - atunci moleculele de gaz se apropie una de cealaltă și densitatea crește.

Același efect - și mai bun - va apărea dacă temperatura scade. Moleculele de gaz se apropie una de cealaltă și la o temperatură suficient de scăzută gazul se lichefiază și moleculele stabilesc un contact constant.

Dacă hidrogenul este răcit la temperaturi foarte scăzute, nu numai că lichefiază, dar se solidifică la 14 grade peste zero absolut. Moleculele nu numai că intră în contact, dar mai mult sau mai puțin rămân în anumite locuri, din care rezultă că substanța rezultată este acum un solid.

Hidrogenul solid este substanța cu cea mai mică densitate dintre solidele din natură. Densitatea sa este de 0,09 g/cm 3, ceea ce reprezintă doar o zecime din densitatea apei solide. Cu toate acestea, hidrogenul solid, deși densitate redusă, este încă de peste cinci ori mai dens decât gazul hexafluorură de uraniu foarte dens.

În general, densitatea lichidelor și solidelor crește odată cu masa atomilor și moleculelor individuale din care sunt compuși. Un corp solid care este compus din atomi masivi are de obicei o densitate mai mare decât un corp solid cu atomi mai puțin masivi. De obicei, dar nu întotdeauna. Aici situația este mai complicată decât cu gazele.

Masa relativă a diferiților atomi este dată de un număr cunoscut sub numele de greutate atomică. Greutatea atomică a hidrogenului este de aproximativ 1, astfel încât greutatea atomică a oricărui alt atom oferă o idee aproximativă de câte ori acel atom este mai greu decât hidrogenul. De exemplu, un atom de aluminiu are o greutate atomică de aproximativ 27 și un atom de fier aproximativ 56. Un atom de fier are o masă de 56 atomi de hidrogen și este puțin mai mult decât de două ori mai masiv decât un atom de aluminiu.

Cu toate acestea, densitatea fierului este de aproximativ 7,85 g/cm 3, iar densitatea aluminiului este de 2,7 g/cm 3. Densitatea fierului este de aproape trei ori mai mare decât cea a aluminiului.

Dacă fierul este format din atomi care sunt de două ori mai mari decât atomii de aluminiu, atunci de ce este fierul de trei ori mai dens, nu doar de două ori mai dens?

Răspunsul este că și alți factori au un impact. De exemplu, ce spațiu ocupă electronii în atomul respectiv și cât de compactă este dispunerea atomului. Atomii ai căror electroni sunt foarte departe de nucleul central au o densitate mai mică decât se așteaptă din masa concentrată în nucleul mic. Electronii sunt aproape goi și, dacă sunt împrăștiați și ocupă un volum mai mare, densitatea scade.

Astfel, cesiul cu o greutate atomică de 132,91 are o densitate de numai 1,873 g/cm 3 deoarece electronii săi ocupă mult spațiu. Atomi de cupru mult mai compacți, cu o greutate atomică de 63,54 și mai puțin de jumătate din cea de cesiu, duc la o densitate a cuprului de 8,95 g/cm 3 - de aproape cinci ori densitatea cesiului.

Dacă doriți acum să știți care substanță are cea mai mare densitate cunoscută, ar trebui să vă uitați la atomii mai masivi, dar nu neapărat la cei mai masivi. Elementul cu cei mai mulți atomi care există în condiții naturale este uraniul cu o greutate atomică de 238,07. Densitatea sa este de 18,68 g/cm 3 - de două ori mai mare decât cea a cuprului, dar nu este încă un record în natură. Există cel puțin încă patru elemente cu o densitate mai mare. Împreună cu uraniul, acestea sunt date în tabelul 3 în ordine crescătoare a densității.

Tabelul 3. Elemente de înaltă densitate Element Greutate atomică Densitate (g/cm 3)
Uraniu 238.07 18,68
Aur 197,0 19.32
Platină 195.09 21.37
Iridiu 192.2 22.42
Al optulea 190.2 22.48

Osmiul metalic rar deține recordul. Este unul dintre elementele care formează scoarța terestră și poate fi obținut din aceasta. Acesta este cel mai dens element. Imaginați-vă un lingou de osmiu pur de mărimea unui dolar, gros de 2,54 cm (un inch). Acesta nu este un lingou mare, dar va cântări 5,85 kg.

[1] Aici Azimov explică unitățile de gram și centimetru cub, care sunt neobișnuite pentru americani, prin intermediul unităților de lire și inch cub, care sunt neobișnuite pentru noi, bulgarii. - B.ed. ↑