ما هو الضغط

ما هو الضغط

الضغط بصفة عامة

إنّ الضغط في المعنى العلمي يعني القوّة التي تؤثّر في وحدة المساحة، فوحدة القوة هي نيوتن، أما المساحة فوحدتها م2، وبالتالي فإنّ وحدة الضغط هي (نيوتن/م2)، ويتُعرَف بالباسكال، والضغط حسابياً يساوي مقدار القوة المؤثرة على سطح ما مقسومة على مساحة ذلك السطح؛ أي أنّه إذا أثّرت قوة عمودية مقدارها 4 نيوتن على سطح مساحته 2 متر مربع.

تعريف الضغط الجوي

يُسمّى الضغط الجوي بضغط الباروميتر، وهي القوة المبذولة من عمود الغلاف الجوي بالنسبة لوحدة المساحة؛ أي أنّها كتلة من الهواء فوق منطقة ما، وهنالك عدة وحدات لقياس الضغط الجوي، منها: المليميتر الزئبقي (البوصة)، والكيلو باسكال، والمليبار. يبلغ الضغط القياسي عند مستوى سطح البحر تقريباً 760 ملم (29.92 بوصة) من الزئبق، وبوحدة الكيلو باسكال يبلغ 101.325، وبوحدة الملليبار يبلغ 1013.25، فالاختلافات حول هذه القيم صغيرة جداً، ومثال ذلك أعلى وأدنى قيمة سُجّلت للضغط عند مستوى سطح البحر هي 32.01 بوصة في وسط سيبيريا، و25.9 بوصة في إعصار بجنوب المحيط الهادئ.

أجهزة قياس الضغط الجوي

يُعتبَر الضغط الجوي مقداراً فيزيائيّاً قابلاً للقياس، وقد أثبت ذلك العالم الإيطالي إيفانجيليستا طور شلي عام 1643م؛ من خلال جلب أنبوب زجاجي جافّ طوله متر واحد، ثمّ ملأه بالزئبق، ثم أغلقه بسدّادة ووضعه عمودياً فوق حوض من الزئبق، وبعد رفع السدادة لاحظ العالم خروج جزء من الزئبق من الأنبوب، وبقي من الزئبق عمود يُعادل ارتفاع 760ملم؛ أي 0.76سم، ويعلو العمود جزءاً خالياً من الهواء.

يُقاس الضغط الجوي بواسطة العديد من الأجهزة، فمن الأجهزة المستخدمة لقياس الضغط الجوي ما يلي:

الباروميتر الزئبقي: حيث يُستخدَم هذا النوع من الباروميتر -الذي اخترعه العالم الإيطالي (إيفانجيليستا طور شلي)- في المِخبَر، وعند استخدامه لقياس الضغط الجوي يكون مستوى الارتفاع الذي يفصل بين سطحي الباروميتر هو قيمة الضغط الجوي.

الباروميتر المعدني: حيث اخترع هذا الجهاز العالم الفرنسي لوسيان فيدي عام 1843م، ويُستخدَم فيه وسائد معدنية مفرغة من الهواء لتُمثّل ما يُشبه الأغشية؛ حيثُ تنتقل حركة صعود وهبوط الوسائد إلى حركة دائرية من خلال تصميم ميكانيكي مُتقَن، ومن خلالها يتم قياس الضغط الجوي.

الباروغراف أو الباروميتر المُسجّل: حيث تكون هنالك إسطوانة تُديرها ساعة، ويتحرّك عليها قلم التسجيل بشكل دقيق للأعلى وللأسفل، إذ تُسجَّل قيمة الضغط الجوي على مدار الساعة في اليوم الواحد في محطات الرصد الجوي.

ملحوظة:

يُشار إلى أنّ قيمة الضغط يتغيّر بتغيُّر الارتفاع عن سطح البحر، وإذا عُلِمَ قيمة الضغط عند منطقة ما، فإنّه يُمكِن حساب ارتفاعها عن سطح البحر، والعكس صحيح، فبالتالي إنّ قيمة الضغط الجوي تتناقص في منطقة ما كلّما زاد ارتفاعها عن سطح البحر.

العوامل المؤثرة في الضغط الجوي

من العوامل المؤثرة في الضغط الجوي ما يلي:

الحرارة: كلما زادت درجة الحرارة تقل كثافة الهواء ويتوسع، وهذا يؤدي إلى انخفاض الضغط الجوي (علاقة عكسية)، فالمناطق الاستوائية لديها ضغط منخفض بسبب ارتفاع درجة الحرارة، وكذلك المناطق القطبية لديها ضغط مرتفع بسبب انخفاض درجة الحرارة.

الارتفاع عن مستوى سطح البحر: ينشأ ضغط الهواء بسبب وزن الهواء، وبالتالي فإنّ مستوى سطح البحر يكون عنده ضغط الهواء أعلى، وينخفض ضغط الهواء كلما زاد الارتفاع؛ لأن الهواء العلوي خفيف وكثافته منخفضة (علاقة عكسية)، كما ينخفض ضغط الهواء إلى النصف إذا ارتفعنا مسافة 5 كم عن مستوى سطح البحر، ويقل الضغط إلى الربع أيضاً إذا ارتفعنا مسافة 11 كم عن سطح البحر، وبسبب الضغط المنخفض في المناطق الجبلية يصبح التنفس صعباً عندها.

الرطوبة: عندما يتحول الماء من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية ويتبخر يُعَرف بالرطوبة الجوية، فعندما يتبخر الماء يصبح خفيف الوزن، وبسبب ذلك يرتفع، كما أنّ ضغط الهواء الرطب يقل مقارنة مع الهواء الجاف، وكمية بخار الماء تتغير بتغير المكان، وبسبب ذلك يتغير ضغط الهواء أيضاً من مكان لآخر.

الجاذبية الأرضية: تنخفض الجاذبية الأرضية كلما ابتعدنا عن مركز الأرض، فالمناطق القطبية أقرب إلى مركز الأرض مقارنة بالمناطق الإستوائية؛ أي أنّ ضغط الهواء فيها مرتفع أكثر من المناطق الاستوائية؛ أي أنّ العلاقة بين الجاذبية وضغط الهواء طردية.

دوران الأرض: ينتج دوران الأرض عن قوة الطرد المركزي التي لها تأثير كبير في المناطق الاستوائية وتأثير أقل في المناطق القطبية، فقوة الطرد المركزي تدفع الأشياء بعيداً عن مركزها، كما أنّها تؤثّر على ضغط الهواء؛ ممّا يسبّب ضغطاً قليلاً في المناطق الاستوائية مقارنة مع المناطق القطبية.

نطاقات الضغط الجوي:

إنّ الضغط الجوي يختلف من مكان (نِطاق) لآخر نتيجة اختلاف درجة الحرارة التي تختلف بدورها باختلاف زاوية سقوط أشعة الشمس، وبالتالي فإنّ الأرض تُقسَم إلى نطاقات مُختلفة، وهي كما يلي:

نطاق الضغط الجوي المرتفع القطبي: يتكوّن هذا النطاق عند القطبين نتيجة لشدة برودة الهواء هناك.

نطاق الضغط الجوي المنخفض الاستوائي: يتركّز هذا النطاق بين دائرتي عرض خمس درجات جنوباً وخمس درجات شمالاً، والسبب في ذلك هو ارتفاع درجة الحرارة على مدار العام؛ إذ يتحرّك هذا النطاق تبعاً لحركة الشمس الظاهرية شتاءً وصيفاً.

نطاقا الضغط الجوي المنخفض قرب الدائرتين القطبيتين: ينحصر هذان النطاقان بين دائرتي عرض (45-60) درجة شمالاً وجنوباً، ونتيجة لوجود تيارات هوائية صاعدة؛ يتكوّن هذا النطاقان من الدائرتين القطبيتين الجنوبية والشمالية؛ إذ تهبّ الرياح القطبية من المناطق القطبية وتتّجه إلى هذين النطاقين؛ حيثُ تكون باردة بطبيعتها.

نطاقا الضغط الجوي القطبي المرتفع: يتكوّن هذا النطاقان عند القطبين وفقاً لهبوط الهواء لشدّة برودته؛ إذ تتّجه الرياح القطبية من هذين النطاقين باتجاه الضغط المنخفض شبه القطبي