الضغط تحت الماء

بواسطة: - آخر تحديث: ٠٥:٥٩ ، ١٩ سبتمبر ٢٠١٩

الضغط تحت الماء

يُعرف ضغط الماء بأنّه الضغط الذي تُمارسه جزيئات الماء على الأجسام التي تحتويها، ويُطلق عليه أيضًا اسم الضغط الهيدروستاتيكي الذي يضمّ ضغط جميع أنواع السوائل، وهو مقدار القوة التي يُمارسها السائل على جسم ما لكلّ وحدة مساحة، ويزداد الضغط الهيدروستاتيكي بسبب قوة الجاذبية الأرضية مع العمق الذي يقاس من السطح، وذلك بسبب زيادة وزن السائل الذي يمارس قوة هبوطيّة على الجسم من الأعلى، وإذا افترضنا وجود الماء محصورًا داخل حاوية فيمكن بسهولة قياس عمق الجسم الموجود فيه، وكلّما زاد وضع الجسم داخل السائل زاد الضغط الذي يتعرض له، وذلك لأنّه يتعرض إلى وزن السائل فوقه لفترة زمنية أطول، ويزداد الضغط أيضًا بازدياد الكثافة الخاصّة للسائل، إذ يزداد مقدار الضغط على الجسم المغمور نظرًا لازدياد وزن السائل بازدياد كثافته.[١]


قانون حساب الضغط تحت الماء

يُحسب ضغط الماء على الإنسان في عمق محدّد في الماء باستخدام معادلة تحقق معطياتها بواسطة قياس عمود الماء مباشرةً لحساب الكثافة التي يعبّر عنها بالرمز ρ وتُقاس باستخدام وحدة الكيلوغرام لكلّ متر مكعّب، والعمق تحت الماء الذي يُرمز له بالرمز d ويُقاس باستخدام وحدة المتر، بالإضافة إلى التسارع الناتج عن قوة الجاذبية الأرضية والذي يُرمز له بالرمز g والذي يُقاس باستخدام وحدة المتر لكلّ ثانية تربيع؛ إذ إنّ صيغة المعادلة هي: p = ρ⋅g⋅d، أيّ حاصلُ عملية ضرب كثافة الماء بمقدار العمق تحت الماء بالتسارع الناتج من قوة الجاذبية الأرضية.[٢]


كيفية تغير قيمة الضغط مع تغير مقدار العمق في الماء

تزداد قيمة ضغط الماء بازدياد العمق تحت الماء، ويتعرّض جسم الإنسان عند مستوى سطح البحر لضغط الهواء الذي يُحيط به بمعدّل يصل إلى 14,5 رطلًا لكلّ بوصةٍ مربّعة، ولا يستطيع الإنسان الشعور بهذا الضغط لأنّ السوائل في الجسم تَدفعه للخارج بنفس مقدار القوة، أمّا عند الغوص في الماء حتى لبضعة أقدام معدودة، فإنّ تغيّرًا ملحوظًا سوف يطرأ على قيمة الضغط المؤثر على جسم الإنسان، إذ سيشعر الجسم بزيادة الضغط على طبلة الأذن، ويرجع السبب في ذلك إلى الزيادة التي تطرأ على الضغط الهيدروستاتيكي، إذ إنّ القوة المؤثرة لكل وحدة مساحة التي يُمارسها السائل على جسم ما داخله، فكلّ ما ازداد العمق تحت الماء ازداد ضغطه المؤثر الذي يدفع الجسم إلى الأسفل، وتقدّر زيادة الضغط لكلّ 10,06 أمتار من العمق بقيمة يبلغ مقدارها 14,5 رطلًا.[٣] تعيش الحيوانات المائية تحت أعماق مختلفة في الماء ولا تتعرض إلى مشكلات مع الضغط العالي على الإطلاق، وتمتلك الحيوانات الضخمة مثل الحيتان القدرة على الصمود أمام التغيّرات الهائلة في الضغط لأنّ أجسامها تعدّ أكثر مرونة؛ إذ إنّ أضلاعهم ترتبط بغضاريف ليّنة قابلة للانحناء، ممّا يسمح بانهيار الأقفاص الصدريّة للإنسان عند ضغوط عالية من شأنها أن تقبض على العظام البشرية بسهولة، وتتحمّل رئات الحوت أيضًا الضغط تحت أعماقٍ تصل إلى أكثر من حوالي 7000 قدمًا.[٣]


قوة الضغط

يُعرف الضغط في العلوم الفيزيائية بأنّه القوة العمودية لكلّ وحدة مساحة، أو مقدار الجهد عند نقطة محدّدة داخل أيّ سائل محصور، أمّا حسابيًا فإنّ الضغط يساوي القوة المقسومة على المنطقة التي كان عليها جهد الضغط عليها، ويشكّل وزن الغلاف الجوي الذي يتدفق للأسفل على كل وحدة مساحة من سطح الأرض ضغطًا جويًا، ويقدّر عند مستوى سطح البحر بحوالي 15 رطلاً لكلّ بوصة مربعة، ويُقاس الضغط حسب النظام العالمي للوحدات بوحدة الباسكال نسبةً للعالم باسكال، إذ تُعرّف قيمة واحد من وحدة الباسكال بأنّها تساوي قيمة نيوتن واحد لكلّ مترٍ مربّع، أمّا الضغط الجوي فيبلغ مقداره ما يُقدّر بحوالي 100,000 باسكال.[٤]

ينتجُ الضغط الذي تمارسه جزيئات الغازات المحصورة عن متوسط ​​تأثير القوى الناتجة على جدران الحاوية التي تحتويه نتيجةً للتصادم السريع والمستمر لعدد ضخم من جزيئات الغاز، ومصطلح الضغط المُطلق للغاز أو الضغط المُطلق للسائل فهو الضغط الكليّ الذي تمارسه الجزيئات إضافةً إلى تأثير الضغط الجوي عليها أيضًا، أمّا الضغط المطلق للصفر فإنّه يعادل مساحة فارغة بالكامل، ويعدّ الضغط المُسمّى بالضغط اللاستاتيكي هو الضغط الذي يُمارس على الصخور المحيطة بجسم ما من تأثير صخور أخرى محيطة، إذ هو الضغط المتكوّن في القشرة الأرضية ويزداد تأثيره بازدياد العمق تحت سطح الأرض.[٤]


العالم باسكال

وُلد عالم الرياضيات والفيزياء بليز باسكال في يوم 19 من شهر يونيو من عام 1623 للميلاد في قرية كليرمون فيران بدولة فرنسا، وكان عالمًا فطنًا منذ صغره إذ بدأ في سن 12 استكشاف الهندسة بمفرده، وكوّن مصطلحات خاصة به دون أن يتعلم مصطلحات رياضية رسميّة، إذ تمكّن من معرفة أن مجموع زوايا المثلث يساوي زاويتين صحيحتين، واخترع آلة حاسبة في بداية الأربعينيات من القرن العشرين، وقد ركّز باسكال فيما بعد على تجاربه المختصّة في مجال العلوم الفيزيائية في نهاية الأربعينات من القرن العشرين، إذ تتبّع خطى العالم إيفانجليستا توريسيلي في إمكانية تقدير الضغط الجوي من حيث الوزن، وفي عام 1648 بدأ باسكال في عملية أخذ قراءات الضغط الجوي على ارتفاعات مختلفة على الجبل، وأثبت صحة نظرية توريسللي بشأن سبب الاختلافات البارومترية لقيم الضغط الجوي، وقد توفي في مدينة باريس في فرنسا في يوم 19 من شهر أغسطس من عام 1662للميلاد،[٥] أمّا وحدة قياس الضغط فيُطلق عليها اسم باسكال نسبةً له، وتُعرّف أنّها وحدة قياس قيمة الضغط أو الإجهاد حسب النظام الدولي للوحدات الذي يُرمز له بالرمز SI، إذ يعادل قيمة واحدة من وحدة الباسكال ما يساوي واحد نيوتن من القوة المطبّقة على مساحة مترٍ مربّعٍ واحد.[٦]


المراجع

  1. "What is Hydrostatic Pressure-- Fluid Pressure and Depth", edinformatics. Edited.
  2. KurtHeckman (11-2-2019), "Underwater Pressure"، vcalc, Retrieved 29-8-2019. Edited.
  3. ^ أ ب NOAA (25-6-2018), "How does pressure change with ocean depth?"، oceanservice, Retrieved 29-8-2019. Edited.
  4. ^ أ ب The Editors of Encyclopaedia Britannica, "Pressure"، britannica. Edited.
  5. "Blaise Pascal Biography", biography,16-4-2019، Retrieved 29-8-2019. Edited.
  6. Margaret Rouse, "pascal (unit of pressure or stress)"، whatis.techtarget. Edited.