طرق قياس الضغط الجوي

كيفية قياس الضغط الجوي

الضغط الجوي هو قوة الضغط التي تمارسها جزيئات الهواء على سطح الأرض. يعتمد هذا الضغط على عدة عوامل مثل الارتفاع عن سطح البحر، درجة الحرارة، وكثافة الهواء. يتم قياس الضغط الجوي باستخدام أجهزة متخصصة تعرف باسم “مقاييس الضغط الجوي”، والتي تقيس قوة الضغط في نقطة معينة من الغلاف الجوي.

تتمثل أهمية قياس الضغط الجوي في فهم العديد من الظواهر الطبيعية مثل التغيرات في الطقس، التيارات الهوائية، وعوامل أخرى تؤثر في الحياة اليومية. وفي هذا المقال، سنتناول طرق قياس الضغط الجوي، والعوامل التي تؤثر فيه، وكيفية تطبيقاته المختلفة.

1. مفهوم الضغط الجوي

الضغط الجوي هو عبارة عن الوزن الناتج عن عمود من الهواء يمتد من سطح الأرض إلى الحدود العليا للغلاف الجوي. يتغير الضغط الجوي مع الارتفاع؛ كلما ارتفعنا عن سطح البحر، كلما قلت كثافة الهواء وقل الضغط الجوي. يمكن تعريف الضغط الجوي كالتالي:

$$P = \frac{F}{A}$$

حيث:

• $P$ هو الضغط.

• $F$ هو القوة المطبقة على سطح معين.

• $A$ هو المساحة التي يؤثر عليها هذا الضغط.

الضغط الجوي في مستوى سطح البحر يقدر بمتوسط 1013 هكتوباسكال (hPa)، وهو يعادل 1013 مليبار، أو 1013 مليميتر زئبقي (mmHg).

2. طرق قياس الضغط الجوي

هناك عدة طرق لقياس الضغط الجوي، ويمكن تصنيف هذه الطرق إلى أجهزة ميكانيكية وأخرى إلكترونية، بالإضافة إلى أجهزة تعتمد على الخصائص الفيزيائية للهواء. فيما يلي بعض الأجهزة الأساسية المستخدمة في قياس الضغط الجوي:

أ. جهاز البارومتر الزئبقي (Mercury Barometer)

يُعتبر جهاز البارومتر الزئبقي من أقدم الأجهزة المستخدمة لقياس الضغط الجوي. يتكون هذا الجهاز من أنبوب زجاجي مملوء بالزئبق، ويتم وضع أحد طرفي الأنبوب في خزان يحتوي على الزئبق. عندما يتعرض الجهاز للضغط الجوي، يرتفع الزئبق في الأنبوب، ويحدد مستوى الزئبق في الأنبوب الضغط الجوي عند تلك النقطة. يقاس الضغط بوحدات مثل الميلليمتر زئبقي (mmHg).

يتميز البارومتر الزئبقي بدقة عالية ولكنه غير عملي في بعض الظروف بسبب احتوائه على مادة سامة وهي الزئبق، وكذلك حاجته إلى صيانة دقيقة.

ب. جهاز البارومتر الأنبوبي (Aneroid Barometer)

البارومتر الأنبوبي هو جهاز آخر يستخدم لقياس الضغط الجوي، ولكن بدلاً من الزئبق، يعتمد على أنبوب معدني مرن مفرغ من الهواء. يتم توصيل هذا الأنبوب بجهاز مقياس يؤدي إلى قياس التغيرات في حجم الأنبوب نتيجة تغيرات الضغط الجوي. يُعتبر هذا النوع من البارومترات أكثر أمانًا وسهولة في النقل، وهو يستخدم بشكل شائع في الأجهزة المحمولة مثل أجهزة قياس الطقس الشخصية.

يعمل هذا الجهاز من خلال تقنيات ميكانيكية، حيث تتسبب التغيرات في الضغط الجوي في تغيير شكل الأنبوب المعدني الذي يتم ربطه بمؤشر يعكس هذه التغيرات.

ج. البارومتر الرقمي (Digital Barometer)

البارومتر الرقمي هو جهاز حديث يستخدم المستشعرات الإلكترونية لقياس الضغط الجوي. يعتمد على تقنيات دقيقة لقياس الضغط باستخدام أجهزة استشعار مثل مقاومات الضغط أو الخلايا الكهروضغطية، وتقوم بتحويل التغيرات في الضغط إلى إشارات رقمية تُعرض على شاشة الجهاز.

يتميز هذا النوع من البارومترات بسهولة القراءة والتفسير، بالإضافة إلى أنه يوفر إمكانية قياس الضغط الجوي بشكل مستمر، ويعطي قراءات دقيقة مقارنة بالأجهزة الميكانيكية. يُستخدم البارومتر الرقمي في العديد من التطبيقات المتقدمة مثل الطائرات والمركبات الفضائية.

3. العوامل المؤثرة في الضغط الجوي

تتأثر قراءة الضغط الجوي بعدة عوامل بيئية، وأبرز هذه العوامل هي:

أ. الارتفاع عن سطح البحر

تعدّ المسافة عن سطح البحر من أبرز العوامل المؤثرة في الضغط الجوي. ففي مناطق المرتفعات، يقل الضغط الجوي بشكل ملحوظ. على سبيل المثال، في قمة جبل إيفرست، يبلغ الضغط الجوي حوالي 33% فقط من الضغط الجوي عند سطح البحر. يعود ذلك إلى انخفاض كثافة الهواء مع الارتفاع، مما يؤدي إلى تراجع الضغط.

ب. درجة الحرارة

يؤثر التغير في درجة الحرارة بشكل مباشر على الضغط الجوي. عندما ترتفع درجة الحرارة، يتمدد الهواء ويقل الضغط الجوي. أما في حالة انخفاض درجة الحرارة، فإن الهواء ينكمش، مما يؤدي إلى زيادة الضغط الجوي.

ج. الرطوبة

الرطوبة أيضاً تلعب دورًا في تحديد الضغط الجوي. عندما تكون الرطوبة مرتفعة، يحتوي الهواء على كمية أكبر من بخار الماء، الذي يعتبر أخف من جزيئات الهواء الجاف. لذلك، في المناطق الرطبة، يمكن أن يكون الضغط الجوي أقل مقارنة بالأماكن الجافة.

د. التقلبات الجوية والرياح

تؤثر أنماط الطقس المختلفة في الضغط الجوي، حيث يصاحب الطقس البارد عادةً ضغطًا جويًا مرتفعًا، في حين يرتبط الطقس الحار بانخفاض الضغط. بالإضافة إلى ذلك، قد تُسبب الرياح السطحية تغيرات مفاجئة في الضغط الجوي، خاصة في المناطق المعرضة للزلازل أو العواصف.

4. تطبيقات قياس الضغط الجوي

أ. التنبؤ بالطقس

يعدّ قياس الضغط الجوي من الأدوات الأساسية المستخدمة في التنبؤ بالطقس. يمكن التنبؤ بحالة الجو باستخدام مراقبة التغيرات في الضغط الجوي على مدار الوقت. عادة ما يشير انخفاض الضغط الجوي إلى وجود طقس عاصف أو أمطار قادمة، بينما يشير ارتفاع الضغط الجوي إلى طقس هادئ ومستقر.

ب. الملاحة الجوية والفضائية

يعدّ قياس الضغط الجوي أمرًا بالغ الأهمية في مجال الملاحة الجوية والفضائية. في الطائرات، يستخدم البارومتر لقياس الارتفاع وضبط الطيار الآلي. كما أن دراسة الضغط الجوي تساعد في حساب المسارات الفضائية للمركبات الفضائية.

ج. الدراسات البيئية والجيولوجية

في مجالات مثل الجيولوجيا، يستخدم الضغط الجوي في تحديد أماكن التغيرات المناخية أو الزلازل التي يمكن أن تسبب تغيرات مفاجئة في الضغط الجوي. كما يُستخدم في دراسة العواصف والأعاصير.

د. القياسات الطبية

يمكن أن تؤثر التغيرات في الضغط الجوي على صحة الإنسان، وخاصة لأولئك الذين يعانون من مشاكل في الدورة الدموية أو التنفس. لذلك، يُستخدم قياس الضغط الجوي في مراكز الصحة والعيادات لمراقبة تأثير التغيرات الجوية على المرضى.

5. العوامل البيئية والضغط الجوي

تلعب البيئة الطبيعية دورًا في تحديد قياسات الضغط الجوي بشكل دوري. ففي بعض المناطق الجغرافية مثل الصحارى والمناطق القريبة من المحيطات، تتغير قراءات الضغط بشكل ملحوظ نتيجة لتأثيرات مثل الرياح السطحية، والتيارات البحرية، والتغيرات في درجة الحرارة والرطوبة.

أ. المناطق الجغرافية

المناطق القريبة من البحر، مثل السواحل، تتمتع عادةً بضغط جوي ثابت نسبيًا. بينما في مناطق الجبال والمناطق ذات الارتفاعات العالية، يتعرض الضغط الجوي لتقلبات أكثر وضوحًا.