الضغط والضغط الجوي

هل سبق أن نفخت بالونًا أو كرة حتى صارت منتفخة تمامًا؟ هذا الانتفاخ ناتج عن حركة جسيمات الهواء داخل الكرة؛ فهذه الجسيمات تتحرك، فيتصادم بعضها مع بعض ومع الجدران الداخلية للكرة. وكلما اصطدم جسيم مع الجدار الداخلي للكرة أثّر فيه بقوة دفع نحو الخارج. ومجموع القوى التي تسبّبها الجسيمات على سطح الكرة تسبّب ضغط الهواء.

وتقاس القوة بوحدة النيوتن، والمساحة بالمتر المربع (م²)، لذا فوحدة قياس الضغط نيوتن لكل متر مربع (نيوتن/م²)، وتُسمّى هذه الوحدة باسكال. وعند الحديث عن الضغط الجوي نتعامل بوحدة الكيلو باسكال.

نلاحظ من معادلة الضغط أن الضغط يعتمد على مقدار القوة والمساحة التي تؤثّر فيها هذه القوة:

• بزيادة القوة المؤثرة في مساحة معيّنة يزداد الضغط، وينقص بنقصانها.
• عند تغيّر المساحة التي تؤثّر فيها القوة نفسها يقلّ الضغط بزيادة المساحة، ويزداد بنقصانها.

فالضغط الذي يسبّبه وزن الفتى وهو واقف على رؤوس أصابع قدميه أكبر من الضغط الذي يسبّبه وهو واقف على قدميه كلتيهما؛ لأن المساحة أصغر.

يضغط الهواء الجوي علينا بقوة كبيرة، وبالرغم من ذلك فنحن لا نحس به. ويعرف ضغط الهواء بالضغط الجوي، وهو وزن عمود الهواء الذي مساحة قاعدته وحدة واحدة (1 م² أو 1 سم²)؛ لأن الهواء يشكّل غلافًا جويًّا يحيط بالأرض.

• قيمة الضغط الجوي هي 101.3 كيلو باسكال عند مستوى سطح البحر.
• وهذا يعني أن الهواء الجوي يؤثّر بقوة مقدارها 101300 نيوتن على كل متر مربع يقع عليه.

الشرب بالماصة: يساعدك الضغط الجوي على الشرب باستعمال ماصة العصير؛ فعندما تمتص العصير بالماصة، فإنك تسحب الهواء الذي يقلّ فيها ويقلّ ضغطه، فيقوم الضغط الجوي المؤثر في سطح الشراب بدفعه إلى أسفل، مما يجعله يرتفع في الماصة إلى أعلى. لكنك لا يمكنك استعمال الماصة للشرب بالطريقة نفسها من علبة مغلقة بإحكام ولا يصلها الهواء الجوي؛ لأنه لا يسمح للهواء الجوي بدفع سطح الشراب إلى أسفل.

توازن الضغط: إذا كان للهواء الجوي هذه القوة الكبيرة فلماذا لا نشعر بها؟ إن الضغط الناتج عن السوائل داخل الجسم يعادل الضغط الجوي الواقع عليه. إن السوائل داخل جسمه تضغط إلى الخارج، بمقدار كافٍ للتوازن مع الضغط الجوي المؤثر فيه، فيتوازن الضغط، ولا يتحطم جسمه.

تغيّرات الضغط الجوي: يتغيّر الضغط الجوي بتغيّر الارتفاع عن مستوى سطح البحر؛ فكلما زاد ارتفاع المنطقة عن سطح البحر قلّ الضغط الجوي. والسبب في ذلك نقصان وزن عمود الهواء عند الارتفاع.

فعند استعمال بالون منفوخ جزئيًّا بالهواء ومربوطًا بإحكام، وصعد به إلى قمة جبل، بدأ حجم البالون في الازدياد، رغم أن كمية الهواء في البالون لم تتغيّر. وقد فسّر باسكال ذلك بأن الضغط الجوي الذي يؤثّر في البالون من الخارج نقص عندما ارتفعنا عن سطح البحر، فأصبحت الجسيمات داخل البالون قادرة على الانتشار أكثر، وأخذت حجمًا أكبر.

الانتقال في الهواء: لماذا تشعر بطنين في أذنيك عندما تصعد جبلًا عاليًا؟ لأن الضغط الجوي يقلّ، ويصير ضغط الهواء داخل أذنيك أكبر من الضغط خارجهما، مما يؤدي إلى خروج بعض الهواء من أذنيك؛ فتسمع صوت خروجه كالطنين. والطائرات مهيأة للمحافظة على الضغط داخلها، فلا يتغيّر الضغط بصورة مفاجئة خلال الرحلات.