الضغط و الضغط الجوي

مفهوم الضغط

عندما تقاس القوة لكل وحدة مساحة هذا يعني أنه يقاس الضغط بمفهومه العلمي، كما أن وحدته عبارة عن نيوتن وهي وحدة القوة لكل متر مربع وهي وحدة المساحة، وينتج من هذا ما يسمى بالباسكال، ومن المفترض أن يكون اتجاه هذه القوة عموديا على سطح المنطقة المعرضة لها، وأما عن العلاقة بين الضغط والقوة، فكلما زادت القوة التي تطبق على سطح ما، كلما زاد الضغط حينها، أي أن العلاقة طردية بينهما مع تثبيت عامل المساحة، أما عند تثبيت عامل القوة ودراسة العلاقة بين الضغط والمساحة، فسنجد أن العلاقة عكسية، بمعنى أنه عند تسليط قوة بمقدار ثابت على مساحة قليلة يكون الضغط عالٍ عليها، أما إن كانت هذه المساحة كبيرة نسبيًا فسيقل الضغط الموزع على هذه المساحة.^[١]

ويذكر أن تفسير مفهوم الضغط قد ظهر في بداياته من دراسة العلوم، وبالأخص عند دراسة العلماء للغازات وخصائصها، فظهر هذا المفهوم قبل القرن التاسع عشر، أي قبل الظهور الرسمي لعلم الديناميكا الحرارية، ولتفسير هذا المفهوم علميًا تبين أنه عند تسخين الغازات فإنها تطبق ضغطًا على الوعاء أو المكان الموجوده فيه، وبعد ذلك خلال فترة التسعينات شهدت هذه الفترة الكثير من الاكتشافات المماثلة، فقد ظهر حينها المحرك الذي يعمل على البخار، ومبدأ عمله أنه يستخدم الضغط المتراكم للغازات داخل ما يعرف بالغلاية، وذلك بهدف توليد حركة ميكانيكية كافية لتحريك قارب مثلًا، أو قطار، أو غيره.^[١]

مفهوم الضغط الجوي ووحدات قياسه

يطلق على الضغط الجوي بالضغط البارومتري، وعندما يسقط مفهوم الضغط العام على الغلاف الجوي هذا يعني أنه عندما تطبق القوة لكل وحدة مساحة بفعل عمود في الغلاف الجوي فهنا يعرف بالضغط الجوي، ومن الممكن قياس هذا الضغط من خلال المقياس الزئبقي، ويقوم مبدأ عمله على مقدار ارتفاع عمود الزئبق، وهنا يحدد وزن عمود الهواء فوق البارومتر، كما أن للضغط الجوي علاقة وثيقة مع طقس الأرض ومناخه.^[٢]

توجد العديد من وحدات القياس المستخدمة للتعبير عن الضغط الجوي؛ فمثلًا من الممكن التعبير عنه باللمليمتر من الزئبق، أو كيلو باسكال، أو مليبار، أو رطل لكل بوصة مربعة، أو من خلال الأجواء القياسية، فمثلًا الضغط المعياري لمستوى سطح البحر والذي سيمثل قيمة مرجعية في هذا المثال يساوي 760 ملليمتر من الزئبق، أو ما يمثل 14.70 رطلًا لكل بوصة مربعة، أو 1013.25 مليبار، أو 101.325 كيلو باسكال، وعند دراسة الفروقات بين هذه القيم، نجدها فروقات صغيرة جدًا، وعلى الرغم من صغر هذه القيم، إلا أنها تحدد أنماط الرياح والعواصف الأرضية، ولدراسة الضغط مع عامل الارتفاع، فإنه بالقرب من سطح الأرض وجد أن الضغط يتناقص بحاولي 3.5 ملليمتر لكل 30 متر ارتفاع، ومع تغير درجات الحرارة تتغير هذه القيمة، فعندما تكون درجات حرارة الهواء باردة، يكون الانخفاض في الضغط أكثر، وهذا يعود سببه لقيمة كثافة الهواء البارد والتي تكون أعلى من قيمته وهو ساخن.^[٢]

أجهزة قياس الضغط الجوي

يطلق على الآداة التي تستخدم لقياس الضغط الجوي بالبارومتر، وبما أن الغلاف الجوي يحيط بالأرض، إذا له وزن وبالتالي فإنه يضغط على أي جسم موجود فيه أو حتى يلامسه، إضافة لتأثير الجاذبية الأرضية عليه، كما أن للضغط الجوي أهمية بالغة في التأثير على الطقس وتقلباته، وتوجد أنواع مختلفة من البارومترات، وذلك تبعًا لاختلاف استخداماته، ومن أهم تلك الأنواع ما يلي:^[٣]

• البارومتر الزئبقي: يعد هذا النوع من البارومترات القديمة، اخترعه الفيزيائي الإيطالي إيفانجليستا توريسيلي وذلك خلال عام 1643م، كما اعتمد هذا النوع على الماء في خوض التجارب المتنوعة، ولأن وزن الماء خفيف نسبيًا، ولتعويض هذا الوزن، تم استخدام أنبوب طويل ليحتوي على كمية أكبرمن الماء، إذ يبلغ طول هذا الميزان ما يقارب 10 أمتار، وبهذا الطول أصبح هذا الميزان غريب في شكله، وأثار الشكوك لمن هم حول منزل توريسيلي، إذ امتد من الأرض ليصل فوق سطح منزله، وبعد ذلك أجريت العديد من الاختبارات والتجارب السرية، واكتشف أن مادة الزئبق مناسبة أكثر بكثير من الماء، وبالتالي أمكنه ذلك من صناعة مقياس أصغر بكثير من سابقه.
• البارومتر اللاسائلي: اخترع العالم الفرنسي لوسيان فيدي المقياس اللاسائلي وذلك في عام 1844م، ويتكون هذا المقياس على حجرة معدنية محكمة الإغلاق، وتتميز هذه الحجرة بقدرتها على التوسع والتقلص، وذلك بحسب الضغط الجوي المحيط بها، كما توجد أدوات ميكانيكية خاصة لقياس مدى التوسع أو التقلص، ويتميز هذا المقياس باحتوائه على شاشة تعمل لعرض العدد الحالي للجو، كما توجد رسومات تشير إن كانت الأجواء عاصفة، أو ماطرة، أو جافة، أو غير ذلك، وتقع هذه الرسومات فوق الأرقام على تلك الشاشة.
• البارومتر الرقمي: من ميزات أي جهاز رقمي هي الدقة والسرعة في عرض البيانات اللازمة كما البارومتر الرقمي، فيقيس ويعرض البيانات الخاصة بالغلاف الجوي بدقة وسرعة مقارنة بأي وقت سابق، كما تكون القراءات الرقمية بين 1 و3 و6 و12 ساعة، من خلال شريط عليه خطوط لتلك الساعات، فهو بذلك يكون مشابهًا جدًا للرسم بياني، وبالإضافة لقدرتها على عرض البيانات على هيئة أرقام يمكن لهذا الجهاز قراءة حالات الغلاف الجوي مثل؛ الرياح، والرطوبة، والجفاف، وغيرها بصورة دقيقة جدًا، كما بالإمكان أرشفة هذه البيانات على البارومتر، ومن الممكن نقلها لأي جهاز حاسوب لاستخدامها في تحليلات ودراسات أخرى.

المراجع

1. ^ ^{أ ب} Andrew Zimmerman Jones (7-5-2019), "Pressure Definition, Units, and Examples"، thoughtco, Retrieved 2-9-2019. Edited.
2. ^ ^{أ ب} Adam Augustyn, "Atmospheric pressure"، britannica, Retrieved 2-9-2019. Edited.
3. ↑ "Barometer", nationalgeographic, Retrieved 9-7-2019. Edited.