ميكانيكا ضغط الهواء

ضغط جوي، الضغط الجوي ، أو الضغط الجوي ، هو الضغط الذي يمارس على السطح بوزن كتلة هوائية (وجزيئاته) فوقه.

ضغط الهواء هو مفهوم صعب. كيف يمكن لشيء غير مرئي أن يكون له كتلة ووزن؟ الهواء له كتلة لأنه مكون من خليط من الغازات التي لها كتلة. اجمع وزن كل هذه الغازات التي يتكون منها الهواء الجاف (الأكسجين والنيتروجين وثاني أكسيد الكربون والهيدروجين وغيرها) وتحصل على وزن الهواء الجاف.

يبلغ الوزن الجزيئي أو الكتلة المولية للهواء الجاف 28.97 جرامًا لكل مول. في حين أن هذا ليس كثيرًا ، فإن كتلة الهواء النموذجية تتكون من عدد كبير جدًا من جزيئات الهواء. على هذا النحو ، يمكنك البدء في رؤية كيف يمكن للهواء أن يكون له وزن كبير عندما يتم جمع كتل جميع الجزيئات معًا.

إذن ما هي العلاقة بين الجزيئات وضغط الهواء؟ إذا زاد عدد جزيئات الهواء فوق منطقة ما ، فهناك المزيد من الجزيئات لممارسة الضغط على تلك المنطقة وزيادة الضغط الجوي الكلي. هذا ما نسميه ضغط مرتفع. وبالمثل ، إذا كان هناك جزيئات هواء أقل فوق منطقة ما ، ينخفض ​​الضغط الجوي. هذا ما يعرف ب ضغط منخفض.

ضغط الهواء ليس متجانسًا عبر الأرض. تتراوح من 980 إلى 1050 مليبار وتتغير مع الارتفاع. كلما ارتفع الارتفاع ، انخفض ضغط الهواء. وذلك لأن عدد جزيئات الهواء ينخفض ​​على ارتفاعات أعلى ، وبالتالي ينخفض

هناك 5 أساسيات حول ضغط الهواء:

• تزداد مع زيادة كثافة الهواء وتقل عند انخفاض كثافة الهواء.
• تزداد مع زيادة درجات الحرارة وتقل مع برودة درجات الحرارة.
• يزيد عند الارتفاعات المنخفضة وينخفض ​​عند الارتفاعات الأعلى.
• ينتقل الهواء من الضغط العالي إلى الضغط المنخفض.
• يتم قياس ضغط الهواء باستخدام أداة الطقس المعروفة باسم مقياسا. (ولهذا السبب يطلق عليه أحيانًا "الضغط الجوي".)

أ مقياسا يستخدم لقياس الضغط الجوي في وحدات تسمى الأجواء أو الميليبار. أقدم نوع من البارومتر هو باروميتي الزئبقص. تقيس هذه الأداة الزئبق عند ارتفاعه أو انخفاضه في الأنبوب الزجاجي لجهاز البارومتر. منذ الضغط الجوي هو اساسا وزن الهواء في الغلاف الجوي فوق الخزان ، سيستمر مستوى الزئبق في البارومتر في التغير حتى وزن الزئبق في الأنبوب الزجاجي يساوي بالضبط وزن الهواء فوق الخزان. بمجرد توقف الاثنين عن الحركة والتوازن ، يتم تسجيل الضغط عن طريق "قراءة" القيمة عند ارتفاع الزئبق في العمود الرأسي.

إذا كان وزن الزئبق أقل من الضغط الجوي ، سيرتفع مستوى الزئبق في الأنبوب الزجاجي (الضغط العالي). في مناطق الضغط المرتفع ، يغرق الهواء باتجاه سطح الأرض بسرعة أكبر من تدفقه إلى المناطق المحيطة. نظرًا لزيادة عدد جزيئات الهواء فوق السطح ، فهناك المزيد من الجزيئات لممارسة قوة على هذا السطح. مع زيادة وزن الهواء فوق الخزان ، يرتفع مستوى الزئبق إلى مستوى أعلى.

إذا كان وزن الزئبق أكبر من الضغط الجوي ، فسوف ينخفض ​​مستوى الزئبق (الضغط المنخفض). في مناطق الضغط المنخفض، يتصاعد الهواء بعيدًا عن سطح الأرض بسرعة أكبر مما يمكن استبداله بهواء يتدفق من المناطق المحيطة. بما أن عدد جزيئات الهواء فوق المنطقة ينقص ، فهناك جزيئات أقل لممارسة قوة على هذا السطح. مع انخفاض وزن الهواء فوق الخزان ، ينخفض ​​مستوى الزئبق إلى مستوى أقل.

تشمل الأنواع الأخرى من أجهزة قياس الضغط الجوي أجهزة قياس الضغط اللاسائلية والرقمية. مقاييس اللاسائلية لا تحتوي على الزئبق أو أي سائل آخر ، ولكن لديهم غرفة معدنية محكمة الإغلاق ومحكمه الهواء. توسع الغرفة أو تنكمش استجابة لتغيرات الضغط ويستخدم مؤشر على قرص للإشارة إلى قراءات الضغط. المقاييس الحديثة رقمية وقادرة على قياس الضغط الجوي بدقة وسرعة. تعرض هذه الأدوات الإلكترونية قراءات الضغط الجوي الحالية عبر شاشة العرض.

يتأثر الضغط الجوي بالتسخين أثناء النهار من الشمس. لا يحدث هذا التسخين بالتساوي عبر الأرض حيث يتم تسخين بعض المناطق أكثر من غيرها. مع ارتفاع درجة حرارة الهواء ، فإنه يرتفع ويمكن أن يؤدي إلى نظام ضغط منخفض.

الضغط في مركز أ نظام الضغط المنخفض أقل من الهواء في المنطقة المحيطة. تهب الرياح باتجاه منطقة الضغط المنخفض مسببة ارتفاع الهواء في الغلاف الجوي. يتكثف بخار الماء في الهواء المرتفع مكوّنًا الغيوم ، وفي كثير من الحالات ، هطول الأمطار. بسبب تأثير كوريوليس، نتيجة دوران الأرض ، تدور الرياح في نظام الضغط المنخفض عكس اتجاه عقارب الساعة في نصف الكرة الشمالي وفي اتجاه عقارب الساعة في نصف الكرة الجنوبي. يمكن أن تنتج أنظمة الضغط المنخفض الطقس غير المستقر والعواصف مثل الأعاصير والأعاصير. كقاعدة عامة ، يكون للضغط المنخفض حوالي 1000 مليبار (29.54 بوصة من الزئبق). اعتبارًا من عام 2016 ، كان أدنى ضغط تم تسجيله على الأرض هو 870 mb (25.69 inHg) في عين Typhoon Tip فوق المحيط الهادئ في 12 أكتوبر 1979.

في أنظمة الضغط العالي، يكون الهواء في وسط النظام عند ضغط أعلى من الهواء في المنطقة المحيطة. يغرق الهواء في هذا النظام ويضرب بعيدًا عن الضغط العالي. يقلل هذا الهواء النازل من بخار الماء وتشكيل السحب مما يؤدي إلى رياح خفيفة وطقس مستقر. يتعارض تدفق الهواء في نظام الضغط العالي مع نظام الضغط المنخفض. يدور الهواء في اتجاه عقارب الساعة في نصف الكرة الشمالي وعكس اتجاه عقارب الساعة في نصف الكرة الجنوبي.

حرره المقال ريجينا بيلي

• بريتانيكا ، محررو الموسوعة. "الضغط الجوي." Encyclopædia Britannica، Encyclopædia Britannica، Inc. ، 5 مارس. 2018 ، www.britannica.com/science/atmospheric-pressure.
• الجمعية الجغرافية الوطنية. "بارومتر". الجمعية الجغرافية الوطنية، 9 أكتوبر 2012 ، www.nationalgeographic.org/encyclopedia/barometer/.
• "ارتفاعات وانخفاضات ضغط الهواء." سلامة طقس الشتاء | مركز UCAR لتعليم العلوم، scied.ucar.edu/shortcontent/highs-and-lows-air-pressure.