ما هو الضغط الجوي؟
الضغط الجوي (بالإنجليزية: Atmospheric Pressure) يُعبر عن القوة الناتجة عن وزن عمود الهواء على مساحة معينة من سطح الأرض.
كيف يتم قياس الضغط الجوي؟
يتم التعبير عن الضغط الجوي من خلال مجموعة متنوعة من الوحدات مثل: ملليمترات من الزئبق، والرطل لكل بوصة مربعة، والدينيس لكل سنتيمتر مربع، والمليبار، والأجواء القياسية، والكيلوباسكال.
يحدد الضغط القياسي عند مستوى سطح البحر ب760 ملم من الزئبق، أو 14.70 رطل لكل بوصة مربعة، أو 1013.25 × 10^3 دين لكل سنتيمتر مربع، أو 1013.25 مليبار، أو جو قياسي واحد، أو 101.325 كيلوباسكال. تشمل أدوات قياس الضغط الجوي ما يلي:
مقياس الزئبق
تم تطوير مقياس الزئبق على يد عالم الفيزياء إيفانجليستا توريشيلي في عام 1643م. يتكون هذا المقياس من أنبوب زجاجي بارتفاع 91 سم، بحيث يكون أحد أطرافه مفتوحًا والآخر مغلقًا، ويملأ بالزئبق، ويتم وضعه مقلوبًا في وعاء آخر يحتوي أيضًا على زئبق.
يتغير مستوى الزئبق في الأنبوب وفقًا لتغير وزن عمود الهواء، حيث يعكس ارتفاع الزئبق في الأنبوب الضغط الجوي المتواجد. في المناطق ذات الضغط الجوي المرتفع، تنزلق جزيئات الهواء نحو السطح مما يؤدي إلى ارتفاع مستوى الزئبق في الأنبوب، نظرًا لأن وزن الزئبق أقل من وزن الهواء. وفي المقابل، في المناطق ذات الضغط الجوي المنخفض، يرتفع الهواء سريعًا مما يؤدي إلى انخفاض مستوى الزئبق نظرًا لكون وزن الزئبق أكبر من الهواء.
يمكن تحديد قيمة الضغط الجوي عندما يتساوى وزن الزئبق في الأنبوب مع وزن الهواء فوق الوعاء، مما يؤدي إلى توقف حركة كل منهما ويحقق التوازن.
مقياس اللاسائلية
صُمم مقياس اللاسائلية من قبل العالم الفرنسي لوسيان في عام 1884م، ويشبه في تصميمه البوصلة أو الساعة. يحتوي هذا المقياس على قرص معدني مجوف جزئيًا ومتموج، مدعوم بواسطة زنبرك داخلي أو خارجي.
يقوم هذا الجهاز بتسجيل التغيرات في شكل القرص نتيجة لتغير الضغط الجوي عبر ذراع قلم وأسطوانة دوارة مشابهة لعمل الساعات. يعد مقياس اللاسائلية واحدًا من أكثر الأدوات استخدامًا في المنازل والطائرات الصغيرة.
بارومتر الهواتف المحمولة
تتوفر أجهزة الهواتف المحمولة من نوع iPhone أو Android على بارومتر رقمي مدمج يعمل على قياس الضغط الجوي بطريقة شبيهة بمقياس اللاسائلية، حيث يستخدم محولًا بسيطًا لرصد الضغط.
العوامل المؤثرة في الضغط الجوي
تؤثر العديد من العوامل على الضغط الجوي، منها:
درجات الحرارة
توجد علاقة عكسية بين درجة الحرارة والضغط الجوي؛ حيث تؤدي الارتفاعات في درجة الحرارة إلى انخفاض الضغط الجوي نتيجة لتوسع جزيئات الهواء وانتشارها. conversely, البرد يؤدي إلى تضاغط الهواء وزيادة الضغط.
الارتفاع
توجد أيضًا علاقة عكسية بين الارتفاع والضغط الجوي؛ فعند الزيادة في الارتفاع، يتراجع الضغط الجوي بسبب توزع الهواء على مساحات أكبر في المناطق المرتفعة، وهو ما يؤدي إلى تقليل الوزن وبالتالي الضغط الجوي.
دوران الأرض
أثناء دوران الأرض، يتحرك الهواء من القطبين نحو خط الاستواء، مما يتسبب في ضغط جوي منخفض عند خط الاستواء بسبب تمدد الهواء، بينما يحدث ضغط جوي مرتفع عند خطوط العرض العليا.
الموقع الجغرافي
يظهر ضغط جوي مرتفع في المناطق البعيدة عن خط الاستواء بالقرب من الأقطاب، بينما تعاني المناطق الاستوائية من انخفاض الضغط نتيجة لارتفاع درجة الحرارة وانخفاض ظهور الشمس.
طبيعة سطح الأرض
تلعب طبيعة سطح الأرض دورًا في تشكيل الضغط الجوي؛ حيث تسخن اليابسة أسرع من المسطحات المائية في النهار، مما يؤدي إلى ضغط جوي منخفض فوق اليابسة مقابل ضغط مرتفع فوق الماء والعكس في الليل.
طبيعة الهواء
يتسبب الهواء الرطب عادة في زيادة الضغط الجوي نتيجة لخفته، في حين أن الهواء الجاف غالبًا ما يكون ذو ضغط أقل.
حركة الشمس الظاهرة
ينخفض الضغط الجوي فوق مدار السرطان في النصف الشمالي من الكرة الأرضية خلال شهري حزيران وتموز نتيجة لارتفاع درجات الحرارة، بينما يحدث الضغط الجوي المرتفع في النصف الجنوبي.
ما هي أسباب التغيرات في الضغط الجوي؟
تتأثر الكتل الهوائية بموضعها، حيث تكون الحرارة فوق المحيطات أدنى من الحرارة فوق اليابسة، وهذا الاختلاف في درجات الحرارة يؤدي إلى تغيرات في الضغط الجوي.
تظهر الرياح نتيجة هذه الاختلافات، حيث تعمل على نقل أنظمة الضغط الجوي، مما يؤدي إلى تغييرات عند مرورها فوق الجبال والمحيطات. وقد أشار العالم بليز باسكال إلى أن الضغط الجوي ينخفض مع الارتفاع.
تُظهر حالة الطقس تغييرات في الضغط الجوي، حيث يشير المتنبئون الجويون إلى مناطق الضغط المرتفع أو المنخفض لتوقع الظروف المناخية، فعندما يرتفع الهواء في مناطق الضغط المنخفض يتكثف مكونًا سحبًا، مما يؤدي إلى الأمطار والعواصف، بينما تؤدي الضغوط المرتفعة إلى طقس أكثر اعتدالًا وجفافًا.
أهمية الضغط الجوي
تتوضح أهمية الضغط الجوي في النقاط التالية:
- يوفر معلومات حيوية حول حالة الطقس، مما يساعد على تنظيم الأنشطة المختلفة كالرحلات.
- يساهم في الحفاظ على عملية التنفس.
- يساعد في تحديد المواقع عبر نظام التموضع العالمي (GPS).
- يحدد ارتفاع الطائرات في الأجواء.
- يدعم بقاء الكائنات الحية من خلال الحفاظ على الضغط المناسب.
- يمنع تبخر السوائل بشكل سريع.