تعريف الضغط الجوي وانواعه

الضغط الجوي يطلق عليه أيضًا اسم الضغط  البارومتري، يعادل القوة التي يمارسها عمود من

الغلاف الجوي

لكل وحدة مساحة (1سنيمتر مربع)، ويمكن قياس الضغط بمقياس الزئبقي أو البارومتري  حيث أن ارتفاع عمود الزئبق في البارومتر يعادل بالضبط ضغط عمود الهواء على سطح الأرض.

مفهوم الضغط الجوي

غالبًا ما تصف كتب الأرصاد الجوية الغلاف الجوي للأرض بأنه محيط ضخم جدًا من الهواء يحيط بالأرض ونعيش بداخله جميعًا، لكن الغلاف الجوي عبارة عن عدة طبقات، والجزء الداخلي من الغلاف الجوي هو الذي يحافظ على الحياة على الكوكب، وهو جزء رقيق للغاية، فالغلاف الجوي بأكمله يصل لارتفاع حوالي 3 أميال، بينما الجزء الداخلي من الغلاف الذي يمكننا قياسه يبلغ ارتفاعه حوالي 40 كيلومتر فقط.[1]

لذا يمكننا اعتبار الأرض معلقة في بحر من الفضاء ولديها طبقة رقيقة جدًا من الغاز على سطحها، وهذا الغاز هو الغلاف الجوي.

وحتى نفهم بوضوح مفهوم الضغط، يجب أن نخبرك أنه إذا قام شخص ما بتسلق مرتفع ماونا كيا في جزيرة هواي الكبيرة (على ارتفاع 4206 مترًا) فإنه سوف يصاب باختناق يطلق عليه اسم نقص الأكسجة أو داء المرتفعات، لذلك ينصح مركز معلومات المتسلقين دائمًا بالتوقف على ارتفاع 2804م ، حتى يستطيعوا التأقلم على الطقس قبل مواصلة التسلق لأعلى الجبل.

قد تقول لنفسك أن مستوى الأكسجين في أعلى الجبل أقل من مستواه عند سطح البحر، لكن هذا الأمر غير صحيح، فمستوى الأكسجين تقريبًا متساوي في جميع أجزاء الغلاف الجوي.

في الحقيقة ما يسبب الشعور بالاختناق أو نقص الأكسجة هو اختلاف الكثافة والضغط، ولفهم الضغط أكثر يمكننا استخدام مصطلح محيط من الهواء، لأننا جميعًا نسبح في الهواء.

ولتقريب الفكرة أكثر تخيل أننا أحضرنا دلوًا من الماء مملوء حتى آخره، واحضر قطعة من الثلج، وضعها في الدلو من أعلى، ستلاحظ أن الجزء العلوي من الدلو بدأ يقطر ماء ببطء.

الآن احضر مثقاب، واصنع ثقب أسفل الدلو، ستلاحظ اندفاع تيار مائي حاد يتدفق بسرعة من أسفل الدلو، والسبب في الاندفاع السريع للماء من أسفل هو الضغط.

فالضغط الذي يصنعه وزن الماء أسفل الدلو أكبر من الضغط الذي يصنعه أعلى الدلو، فيسبب اندفاع الماء بسرعة من أسفل، وبالمثل فإن ضغط الهواء فوق رؤوسنا هو القوة الدافعة التي تدفع الهواء إلى داخل رئتينا، فإذا انخفض ضغط الهواء، تقل كمية الهواء التي تدخل إلى رئتينا وبالتالي فإن الأكسجين الذي يصل لمجرى الدم لدينا يقل، وهو ما يعرف بنقص الأكسجة.

تعريف الضغط  الجوي

هو وزن عمود من الهواء فوق أي نقطة على سطح الأرض أو وزن عمود من الزئبق ارتفاعه 76سم ومساحة مقطعه 1 سنتيمتر مربع .[2]

ووحدة قياس الضغط الجوي هي الباسكال أو البار.

العوامل التي تؤثر على الضغط الجوي

الارتفاع عن سطح البحر: العلاقة عكسية بين الضغط والارتفاع ، فكلما زاد الارتفاع عن سطح البحر قل معدل الضغط الجوي.

درجة الحرارة : العلاقة عكسية بين درجة الحرارة والضغط الجوي، فكلما ارتفعت درجة الحرارة قل الضغط.

توزيع اليابس والماء: تختلف درجات الحرارة على اليابسة عنها عن الماء، وهذا يسبب اختلاف في الضغط الجوي بين اليابس والماء،  فتحدث مناطق ضغط مرتفع في الصيف على الماء نهارًا، بينما يحدث على اليابسة انخفاض الضغط، وهذا يؤدي لحدوث ما يطلق عليه اسم نسيم البحر والرياح الموسمية التي تهب على مناطق جنوب شرق آسيا.

أنواع الضغط الجوي

تظهر مناطق الضغط الجوي على الخرائط في صورة خطوط، ويمكن تقسيمها لمناطق ضغط مرتفع، ومناطق ضغط منخفض، وعادة ما يرتبط الضغط المرتفع بالطقس المعتدل، والضغط المنخفض بالطقس غير المستقر:

الضغط المرتفع

تحدث مناطق الضغط المرتفع، نتيجة لانخفاض درجة الحرارة، مما يسبب زيادة كثافة الهواء وانخفاض حجمه، فتحدث تيارات هوائية رأسية هابطة لأالأكثر كثافة يتجه لأسفل ، وتكون التيارات مشبعة ببخار الماء الذي يكون وزنه أثقل من الهواء.

ونظرًا لأن الهواء البارد يتمتع بقدرة أقل على الاحتفاظ ببخار الماء مقارنة بالهواء الدافيء، فإن السحب وهطول الأمطار يحدث نتيجة تبريد الهواء.

الضغط المنخفض

يحدث الضغط المنخفض بسبب ارتفاع درجة حرارة الهواء، فيزيد حجمه وتقل كثافته.

يرتفع الهواء الساخن لأعلى، وفي الأعلى تكون درجات حرارة الغلاف الجوي أكثر برودة، مما يقلل من قدرته على الاحتفاظ ببخار الماء، فيتكاثف البخار بسرعة ويكون السحب.

مخترع البارومتر

البارومتر هو الجهاز الذي يستخدم لقياس الضغط الجوي وتستخدمه المراصد لقياس الضغط، وأيضًا يمكن استخدامه لقياس الارتفاعات المختلفة.

وقصة

مكتشف الضغط الجوي

واختراع البارومتر تعود لأوائل القرن 17، عندما كان عمال المناجم يستخدمون الماء، لكن مضخاتهم لم تتمكن من رفع الماء لارتفاع أعلى من مستوى 10.3متر.وحينها اقترح العالم جالليليو جاليلي أن يكون شفط الهواء هو المسئول عن رفع الماء وأن قوته محدودة، لكن ومع إسهام مجموعة من العلماء تم التوصل لخطأ نظرية جالليليو، ومن هؤلاء العلماء:

جاسبارو بيرتي

قام بيرتي بإجراء تجربة بسيطة فأحضر أنبوب طويل مملوء بالماء مغلق الطرفين، وقام بوضعه رأسيًا في حوض به ماء ضحل، ثم فتح الطرف السفلي للأنبوب وتركه في الحوض، فوجد مستوى الماء في الأنبوب الرأسي قد استقر عند ارتفاع 10.3 متر، وبذلك استطاع بيرتي خلق مساحة كاملة من الفراغ داخل الأنبوب .

ايفانجليستا تورشيلي

لاحظ العالم تورشيللي أن الهواء الموجود في خارج الأنبوب هو الماء هو ما يمنع نزول الماء من الأنبوب الرأسي، وأدرك أن تلك التجربة ليس الهدف منها خلق مساحة من الفراغ فقط، لكن أيضًا فإنها كانت كميزان بين ضغط الهواء في الخارج، وضغط الماء في الأنبوب، وأن مستوى الماء داخل الأنبوبة سوف يستمر في النزول حتى يصبح مساويًا لضغط الهواء في الخارج، وهذا يحدث عندما يصل طول عمود الماء 10.3متر.[3]

لاقت فكرة تورشيللي معارضة كبيرة من العلماء الآخرين في ذلك الوقت، حيث أن جالليلو قد اعتقد أن الهواء ليس له وزن ولا ضغط.

أعاد تورشيللي التجربة مرة أخرى، لكنه استبدل عمود الماء بعمود من الزئبق، ولأن كثافة الزئبق أعلى من كثافة الماء، فقد نزل لمستوى أقل من مستوى الماء، وأصبح طول عمود الزئبق داخل الأنبوب 76سم.

وبذلك فإن تورشيللي قد قلل كثيرًا من حجم البارومتر، وأيضًا استطاع أن يستنتج أن الوزن هو العامل الرئيسي في التجربة، ومرة أخرى أعاد تورشيللي التجربة، لكن تلك المرة استخدم أنبوتين رأسيتين، أحدهما ذو فقاعة مستديرة في طرفه العلوي.

وجد تورشيللي أن الزئبق انخفض لنفس المستوى في الأنبوبتين، ولو كانت استناجات جالليليو السابقة صحيحة، لكان الزئبق في الأنبوبة ذات الفقاعة ظل عند ارتفاع أكبر بسبب أن الشفط في الأنبوب سيكون أعلى.

العالم باسكال واكتشاف الضغط الجوي

قرر باسكال أن يعيد تجربة تورشيللي، لكن فوق قمة جبل، فلاحظ أن مستوى الزئبق في الأنبوبة قد قل عن 76سم، بسبب انخفاض الضغط الجوي فوق الجبل.

أهمية الضغط الجوي

يعتبر الضغط الجوي من أهم عناصر المناخ، وهو الذي يسبب الحركة الأفقية التي تسبب الرياح.

يعتبر أيضًا الضغط الجوي هو السبب في الحركة الصاعدة والهابطة للرياح (الحركة الرأسية)، وهو الذي يحدد سرعة الذي يسبب المرتفعات والمنخفضات الجوية.