تعريف الضغط الجوي وانواعه

الضغط الجوي، المعروف أيضا باسم الضغط البارومتري، هو القوة التي يمارسها عمود من الغلاف الجوي على وحدة المساحة (1 سنتيمتر مربع). يمكن قياس الضغط باستخدام مقياس الزئبق أو البارومتر، حيث يعادل ارتفاع عمود الزئبق في البارومتر بالضبط ضغط عمود الهواء على سطح الأرض.

مفهوم الضغط الجوي

غالبا ما يصف كتب الأرصاد الجوية الغلاف الجوي للأرض بأنه محيط هوائي ضخم يحيط بالكوكب ونعيش جميعا في داخله، ولكن الغلاف الجوي يتكون من عدة طبقات، ويعتبر الجزء الداخلي من الغلاف الجوي هو الذي يحافظ على الحياة على الكوكب، وهو جزء رقيق للغاية. يمتد الغلاف الجوي بأكمله إلى ارتفاع حوالي 3 أميال، بينما يبلغ ارتفاع الجزء الداخلي القابل للقياس حوالي 40 كيلومترا.

لذلك، يمكن اعتبار الأرض معلقة في بحر من الفضاء وتحتوي على غلاف جوي رقيق جدًا على سطحها.

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 يعتقد البعض أن مستوى الأكسجين في الجبال العالية أقل من مستواه عند سطح البحر، ولكن هذا غير صحيح، حيث يكون مستوى الأكسجين تقريبًا متساويًا في جميع أجزاء الغلاف الجوي.

ينجم شعور الاختناق أو نقص الأكسجين عن اختلاف الكثافة والضغط، ولفهم مفهوم الضغط بشكل أوضح يمكن استخدام مصطلح محيط الهواء، لأننا جميعًا نتأثر بتلك القوة في الهواء.

لتوضيح الفكرة أكثر، يمكن تخيل أننا جلبنا دلوًا مملوءًا بالماء حتى الأعلى، ثم وضعنا قطعة من الثلج في الدلو من الأعلى، وسوف نلاحظ أن الجزء العلوي من الدلو يبدأ في التسرب ببطء.

الآن، استخدم المثقاب واصنع ثقباً في الأسفل من الدلو، وستلاحظ تدفقاً سريعاً للماء من الأسفل والسبب في ذلك 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

يمثل ضغط الجو الجوي وهو وزن عمود من الهواء فوق أي نقطة على سطح الأرض أو وزن عمود من الزئبق ارتفاعه 76 سم ومساحة مقطعه 1 سنتيمتر مربع .

يتم استخدام الباسكال أو البار كوحدة لقياس الضغط الجوي.

العوامل التي تؤثر على الضغط الجوي

الارتفاع عن سطح البحر: تكمن العلاقة بين الضغط والارتفاع في العكس، حيث يقل معدل الضغط الجوي كلما زاد الارتفاع عن سطح البحر.

درجة الحرارة : تتميز العلاقة بين درجة الحرارة والضغط الجوي بالعكسية، 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 على شكل خطوط، حيث يمكن تقسيمها إلى مناطق ضغط مرتفع ومناطق ضغط منخفض، وعادةً ما يرتبط الضغط المرتفع بالطقس المعتدل، في حين يرتبط الضغط المنخفض بالطقس غير المستقر

الضغط المرتفع

تحدث مناطق الضغط المرتفع بسبب انخفاض درجة الحرارة، مما يزيد كثافة الهواء ويقل حجمه، فينتج عن ذلك تيارات هوائية رأسية هابطة تتجه للأسفل بأكثر كثافة، وتحتوي هذه التيارات على بخار الماء الثقيل الوزن.

بسبب قدرة الهواء البارد المنخفضة على الاحتفاظ بالبخار الماء بشكل أقل مقارنة بالهواء الدافئ، يحدث تكون السحبوهطول الأمطار نتيجة تبريد الهواء.

الضغط المنخفض

يحدث الضغط المنخفض بسبب ارتفاع درجة حرارة الهواء، مما يؤدي إلى زيادة حجمه وتقليل كثافته.

عندما يرتفع الهواء الساخن، يصل إلى منطقة في الغلاف الجوي حيث تكون درجة الحرارة أقل، مما يقلل من قدرته على الاحتفاظ بالبخار، فيتكاثف البخار بسرعة ويتحول إلى سحب.

مخترع البارومتر

يتم استخدام البارومتر لقياس الضغط الجوي، ويستخدمه المراصد الجوية لقياس الضغط، ويمكن استخدامه أيضًا لقياس الارتفاعات المختلفة.

تعود قصة مكتشف الضغط الجوي واختراع البارومتر إلى بداية القرن السابع عشر، حيث كان عمال المناجم يستخدمون الماء لكن مضخاتهم لم تتمكن من رفع الماء لأعلى من 10.3 متر، وقد اقترح العالم جاليليو جاليلي في ذلك الوقت أن شفط الهواء هو المسؤول عن رفع الماء وأن قوته محدودة، ولكن بعد مساهمة مجموعة من العلماء تم إثبات خطأ نظرية جاليليو، وكان بين 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.

واجهت فكرة تورشيللي معارضة كبيرة من قبل العلماء الآخرين في ذلك الوقت، حيث اعتبر جاليليو أن الهواء ليس له وزن أو ضغط.

أعاد تورشيللي إجراء التجربة ولكن استخدم عمودًا من الزئبق بدلاً من عمود الماء، ونظرًا لأن الزئبق أكثر كثافة من الماء، فانخفض إلى مستوى أقل من مستوى الماء وأصبح طول العمود داخل الأنبوب 76 سم.

تمكّن تورشيلّي من تقليص حجم البارومتر بشكل كبير، وأدرك أن الوزن هو العامل الرئيسي في التجربة، وأعاد تورشيلّي التجربة مرة أخرى باستخدام أنابيب رأسية، إحداها كانت تحتوي على فقاعة مستديرة في الطرف العلوي.

وجد تورشيلي أن الزئبق انخفض إلى نفس المستوى في الأنبوبتين، وإذا كانت استنتاجات جاليليو 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 إعادة تجربة تورشيللي، ولكن هذه المرة فوق قمة جبل، ولاحظ أن مستوى الزئبق في الأنبوبة قد انخفض عن 76 سم بسبب الضغط الجوي الأقل على قمة الجبل.

أهمية الضغط الجوي

يعتبر الضغط الجوي من العوامل الرئيسية لتحديد المناخ، ويتسبب في الحركة الأفقية التي تؤدي إلى الرياح.

يعد الضغط الجوي هو السبب الرئيسي في حركة الرياح الصاعدة والهابطة (الحركة العمودية)، والذي يحدد سرعة الرياح ويسبب تشكل المرتفعات والمنخفضات الجوية.