ما هو الضغط؟
- يشير الضغط بالمعنى العلمي إلى القوة المؤثرة على وحدة المساحة ، ووحدة القوة هي نيوتن ، والمساحة هي وحدة المتر المربع ، لذا فإن وحدة الضغط هي نيوتن / متر مربع وهي معروفة في باسكال.
- رياضيا ، الضغط يساوي القوة المؤثرة على سطح مقسومة على مساحة السطح.
- أي إذا تم تطبيق قوة رأسية مقدارها 4 نيوتن على سطح مساحته 2 متر مربع ، فإن قيمة الضغط ستكون 4 نيوتن / 2 متر مربع ، أي ما يعادل 2 نيوتن / متر ، أو 2 باسكال.
تعريف الضغط الجوي
- يُطلق على الضغط الجوي الضغط الجوي ، وهو القوة التي يمارسها عمود الغلاف الجوي فيما يتعلق بمساحة الوحدة ، أي كمية كبيرة من الهواء في منطقة ما.
- هناك عدة وحدات لقياس الضغط الجوي ، منها: البوصة ، ومليمترات الزئبق ، والكيلوباسكال ، والمليبار.
- يبلغ الضغط القياسي عند مستوى سطح البحر حوالي 760 مم (29.92 بوصة) من الزئبق ، ويقاس عند 101.325 كيلوباسكال و 1013.25 ملي بار.
- الفرق بين هذه القيم صغير جدًا ، على سبيل المثال: أعلى وأدنى ضغوط مسجلة عند مستوى سطح البحر هي 32.01 بوصة في وسط سيبيريا و 25.9 بوصة في إعصار جنوب المحيط الهادئ.
مقاييس الضغط الجوي
- الضغط الجوي عبارة عن كمية مادية قابلة للقياس ، والتي أوضحها الفيزيائي الإيطالي إيفانجليستا ثور شيلي في عام 1643.
- يبلغ طول الأنبوب الزجاجي الجاف مترًا واحدًا ، مملوءًا بالزئبق ثم يُغلق بسدادة ، ثم يوضع رأسياً على خزان الزئبق ، بعد إزالة السدادة.
- لاحظ العالم أن بعض الزئبق تسرب من الأنبوب ، تاركًا عمودًا من الزئبق بارتفاع 760 ملم.
- أي 0.76 سم ولا يوجد هواء فوق العمود ويقاس الضغط الجوي بالعديد من الأجهزة والجهاز المستخدم لقياس ضغط الهواء كالتالي:
1- بارومتر زئبقي
- البارومتر الذي اخترعه العالم الإيطالي Evangelista وطوره Shelley ، يُستخدم في المختبر ، وعند استخدامه لقياس الضغط الجوي ، يكون الارتفاع الذي يفصل بين سطحين من البارومتر هو القيمة البارومترية.
2- البارومتر المعدني
- اخترع العالم الفرنسي لوسيان فيدي عام 1843 ، ويستخدم الجهاز وسادة فراغ معدنية لتعمل ككائن يشبه الغشاء.
- تنتقل الحركة لأعلى ولأسفل للوسادة كحركة دائرية من خلال تصميم ميكانيكي معقد ، ويتم قياس ضغط الهواء من خلال هذه الحركة.
3- البارومتر أو البارومتر المسجل
- توجد أسطوانة يمكنها تدوير الساعة ، ويمكن للقلم أن يتحرك لأعلى ولأسفل بدقة ، لأن قيمة الضغط الجوي تُسجل في محطة الطقس طوال اليوم.
ملحوظة
تظهر النتائج أن قيمة الضغط تتغير مع الارتفاع. إذا كانت قيمة الضغط في منطقة معينة معروفة ، فيمكن عندئذٍ حساب الارتفاع ، والعكس صحيح ، لذلك كلما زاد الارتفاع ، انخفضت قيمة الضغط الجوي للمنطقة .
نقطة غليان الماء
- بحكم التعريف ، يغلي الماء عند 100 درجة مئوية ، ونقطة الغليان هي درجة الحرارة التي يكون عندها ضغط البخار مساويًا لضغط الماء المحيط.
- لذلك تنخفض درجة غليان الماء عند الضغط المنخفض وتزداد عند الضغط العالي ، لذلك يستغرق الطهي على ارتفاعات أعلى وقتًا أطول من المعتاد.
- يمكن تحديدها من خلال معرفة نقطة غليان الماء عند هذا الارتفاع ، وقد استخدم المسافرون والمستكشفون هذه الطريقة في القرن التاسع عشر لتحديد ارتفاع المنطقة التي كانوا يزورونها.
العوامل المؤثرة في الضغط الجوي
1- درجة الحرارة
- مع زيادة درجة الحرارة ، تنخفض كثافة الهواء وتتوسع ، مما يؤدي إلى انخفاض الضغط الجوي (علاقة عكسية) ، لأن المنطقة الاستوائية لديها.
- الضغط المنخفض بسبب ارتفاع درجة الحرارة ، المنطقة القطبية لديها أيضًا ضغط مرتفع بسبب درجة الحرارة المنخفضة.
2- الارتفاع فوق مستوى سطح البحر
- ينتج ضغط الهواء عن وزن الهواء ، وبالتالي يكون ضغط الهواء عند مستوى سطح البحر أعلى ، ويقل ضغط الهواء مع زيادة الارتفاع.
- نظرًا لأن الهواء العلوي أخف وأقل كثافة (متناسبًا عكسيا) ، إذا كنت سترتفع 5 كيلومترات عن مستوى سطح البحر ، سينخفض ضغط الهواء إلى النصف.
- إذا ارتفعت 11 كيلومترًا عن مستوى سطح البحر ، سينخفض ضغط الهواء أيضًا بمقدار الربع ، والضغط المنخفض يجعل التنفس صعبًا.
3- الرطوبة
- عندما يتغير الماء من حالة سائلة إلى حالة غازية ويتبخر ، يطلق عليه رطوبة الهواء.
- وعندما يتبخر الماء يصبح الوزن أخف فيزداد ويقل ضغط الهواء الرطب بالمقارنة مع الهواء الجاف وتتغير كمية بخار الماء مع الوضع والتغير بسبب ضغط الهواء أيضا من حالة واحدة إلى آخر.
4- جاذبية الأرض
- عندما نبتعد عن مركز الأرض ، تنخفض جاذبية الأرض لأن المناطق القطبية أقرب إلى مركز الأرض من المنطقة الاستوائية ، أي أن ضغط الهواء أعلى منه في المناطق المدارية ، أي ، العلاقة بين الجاذبية وضغط الهواء مباشرة.
5- دوران الأرض
- دوران الأرض ناتج عن قوة الطرد المركزي ، وقوة الطرد المركزي لها تأثير كبير في المناطق المدارية ، ولكن أقل تأثيرًا في المناطق القطبية حيث تدفع قوة الطرد المركزي الأجسام بعيدًا عن مركزها.
- لذلك فهو يؤثر على ضغط الهواء ، مقارنة بالمناطق القطبية ، يكاد لا يوجد ضغط في المناطق الاستوائية.
يتراوح الضغط الجوي
- بسبب اختلاف درجات الحرارة ، يتغير الضغط الجوي من مكان إلى آخر ، يتغير نطاق درجة الحرارة مع زاوية حدوث ضوء الشمس ، لذلك تنقسم الأرض إلى نطاقات موجية مختلفة ، كما هو موضح أدناه:
1- نطاق الضغط الجوي المرتفع في القطب الشمالي
بسبب الهواء شديد البرودة ، تتشكل هذه المنطقة عند القطب.
2- المنطقة الاستوائية ذات الضغط المنخفض
يتركز الشريط بين خط عرض خمس درجات جنوبا وخمس درجات شمالا ، وبسبب ارتفاع درجات الحرارة على مدار العام ، يتحرك النطاق وفقًا لحركة الشمس الظاهرة في الشتاء والصيف.
3- منطقة الضغط الجوي المنخفض بالقرب من الدوائر القطبية
- بسبب عمليات التحديث ، يقتصر هذان النطاقان على ما بين 45 و 60 درجة شمالاً وخط العرض الجنوبي.
- يتم تشكيل نطاقي التردد من قبل دوائر القطب الجنوبي والقطب الشمالي.
- تهب رياح القطب الشمالي من المناطق القطبية باتجاه المنطقتين ، وهي مكان بارد بشكل طبيعي.
4- مناطق القطب الشمالي عالية الضغط
يتشكل هذان الشريطان عند القطبين وفقًا للهواء الذي يهبط لأنه شديد البرودة ، وتتطور الرياح القوية القادمة من هاتين المنطقتين في اتجاه الضغط المنخفض شبه الشديد.
تأثير الضغط الجوي على الإنسان.
- يمكن للبشر أن يعيشوا على ارتفاع ستة كيلومترات فوق مستوى سطح البحر لأنه بعد ذلك ، وبسبب كثافة الهواء المنخفضة والضغط المنخفض ، لن يتمكن الشخص من الحصول على ما يكفي من الأكسجين لتغذية الدماغ.
- وتجدر الإشارة إلى أنه إذا كان الشخص يقضي وقتًا أطول على ارتفاعات أعلى ، فإن جسمه سيتكيف مع محتوى الأكسجين المنخفض.
- هذا هو سبب اضطرار المتسلقين إلى البقاء في المناطق الجبلية لبضعة أيام قبل التسلق لتكييف أجسادهم مع الظروف.
- الطائرات التي تحلق على ارتفاعات تزيد عن 9 كم مزودة بنظام ضغط مما سيزيد من كثافة وضغط الهواء الداخلي حتى يعادل الضغط في المناطق المنخفضة.
تأثير الضغط الجوي المنخفض على صحة الإنسان
- هناك العديد من الأعراض الصحية المرتبطة بانخفاض ضغط الهواء ، ومن أكثر الأعراض وضوحًا للإنسان ما يلي:
- نقص الأكسجة ، تحدث هذه الظاهرة مع زيادة طول الشخص ، وبالتالي ينخفض الأكسجين المتاح.
- كلما زاد الارتفاع بشكل أسرع ، ستكون حالة نقص الأكسجين سريعة ، لكن جسم الإنسان ليس لديه الفرص الكافية للتكيف مع هذا الموقف.
- يعد داء المرتفعات الحاد أكثر شيوعًا في بيئات جبال الألب ، ويعتمد حدوثه على العديد من العوامل ، على سبيل المثال: سرعة الصعود ، والوقت الذي يقضيه الشخص في المرتفعات ، وتحمل كل شخص.
- الوذمة الرئوية في المرتفعات ، تصيب هذه الحالة 0.5٪ -2٪ من الناس على ارتفاعات شاهقة ، والتي يمكن أن تكون ناجمة عن أمراض ناجمة عن العيش على ارتفاعات عالية.
- من المعروف أن هذا المرض يزداد خلال فترة من 6 إلى 96 ساعة على ارتفاعات أعلى.
- الوذمة الدماغية في المرتفعات ، وهي مرض المرتفعات الحاد.
- نزيف الشبكية: عادة ما تكون هذه الحالة بدون أعراض وتحدث بسبب زيادة تدفق الدم في الشبكية والتوسع الهائل في الأوعية الدموية بسبب انخفاض مستويات الأكسجين.
تأثيرات أخرى للضغط الجوي على الإنسان
- تتمثل إحدى وظائف جلد الإنسان في التكيف مع التغيرات في ضغط الهواء البشري ، لكن تجاويف الجسم ، مثل تجويف الأذن والرئتين ، لا تؤدي هذه العملية تلقائيًا.
- لذلك ، نظرًا لاختلاف ارتفاع الجسم ، عندما يتغير ضغط الهواء ، قد يحدث صوت طنين على السطح ، كما هو الحال عند تسلق جبل أو ركوب طائرة.