كيف تعمل المانومترات؟

عندما تتحقق من الطقس ، إذا كنت مثل معظم الناس ، فإن أكثر ما يثير اهتمامك هو الأشياء التي تحدد لباسك: سواء أكان ذلك أم لا من المحتمل أن يسقط هطول الأمطار من نوع ما من السماء أثناء تعرضك في الهواء الطلق ، وما هي درجة حرارة الهواء وما إذا كانت عاصف.

اعتمادًا على المكان الذي تعيش فيه والوقت من العام ، يمكنك أيضًا التحقق (أحيانًا بفزع) لرؤية قريب مستوى الرطوبة ، للتأكد من أنك رطب بما يكفي للتعرق الذي من المحتمل أن يتبعه قراءة.

يدرك معظم الناس ظاهرة الضغط الجوي (تسمى عادة الضغط الجوي) لأنهم يسمعونها مذكورة كميزة قياسية تنبؤات الطقس ، لكن معظم الناس لا يصلون إلى حد التحقيق في ماهية العلاقة ، ولماذا يتعرض الهواء لتغيرات الضغط عند الكل. ألا تهب الرياح أفقياً ، بينما يقاس الضغط من أعلى على أنه نوع من "الدفع"؟

ضغط هي كمية في الفيزياء تنطبق على كل عملية فيزيائية يمكن تخيلها تقريبًا. يتعلق بالقوة F إلى المنطقة أ في مجموعة من السياقات ، يتم التعبير عنها وتعريفها رياضيًا في أبسط أشكالها كـ P = F / A. إنها تلعب دورًا حيويًا بشكل خاص في مجال ديناميكيات الموائع. (يتكون السائل من مادة في حالة سائلة أو غازية). الغلاف الجوي من حولك عبارة عن سائل ، ويمارس ضغطًا أكبر عليك وعلى كل شيء آخر مما قد تعتقد.

بشكل رسمي ، الضغط هو قياس تأثير انتشار فرض (يقاس بالنيوتن ، أو N ، في نظام القياس الدولي القياسي) عبر بعض الأسطح الحقيقية أو المحددة رياضياً (تقاس بالمتر المربع أو بالمتر المربع)²). ربما تكون قد واجهت بالفعل مشاكل فيزيائية تعمل فيها قوة (مثل الجاذبية أو نفسك) وتتحرك كائن ذو كتلة ، لكن الضغط مختلف من حيث أنه يصف في الواقع تخفيف أو تركيز فرض.

• تخيل صندوقين صلبين مختلفين ، لكل منهما حجم الخامس 10 م³ (متر مكعب) ومملوءة بمادة صلبة موحدة بكثافة ρ

  نصف ذلك من الماء أو 0.5 كجم / لتر أو (500 كجم / م 2)³). أحد الصناديق يبلغ طوله 1 متر وعرضه 1 متر وارتفاعه 10 أمتار ، بينما يبلغ طول الصندوق الآخر 2.5 مترًا وعرضه 2.5 مترًا وارتفاعه 1.6 مترًا. لا يجب تدوير أي من الصندوقين من موضعه. إذا كنت تريد أن تتأكد من وجود منصة قريبة قديمة المظهر يستطع الدعم إما مربع ، ولكن يمكنك فقط اختيار واحد من الاثنين لتأكيد ذلك ، أيهما ستختار؟
  كتل الأشياء هي نفسها لأن أحجامها وكثافتها هي نفسها (ρ = م / ف ، لذا م = ρV = (500 كجم / م)³) (10 م³) = 5000 كجم. علمًا بأن عجلة الجاذبية على سطح الأرض هي 9.8 م / ث²وبالتالي فإن قوة (أو وزن) كل صندوق هي (5000 كجم) (9.8 م / ث 2) = 49000 نيوتن.
  ومع ذلك ، قارن بين المناطق التي يتم فيها توزيع هذه الكتل المعنية: الصندوق الأول له قاعدة (الطول × العرض) 1 م × 1 م = 1 م²بينما الصندوق الآخر قاعدة 2.5 × 2.5 = 6.25 م². نظرًا لأن الضغط يساوي القوة مقسومة على المنطقة ، فإن الصندوق الضيق ، الذي يحتوي على أقل من سدس مساحة القاعدة للعمل به كصندوق ثانٍ ، سوف يمارس 6.25 ضعف الضغط على المنصة كما يشاء شريكها. وبالتالي ، إذا كانت المنصة المتداعية يمكنها دعم الصندوق الأول ، فيجب أن تكون قادرة على الاحتفاظ بالصندوق الثاني بمفرده أيضًا - بشرط أن تتمكن من رفعها هناك!

في المثال أعلاه ، يكون ضغط الصندوق الأول على أي سطح يستقر عليه (49000 نيوتن) / (1 م)²) والثاني (49.000 ن) (6.25 م²). وبالتالي فإن وحدات الضغط في النظام القياسي هي N / m²، وهو أكثر شيوعًا يسمى باسكال (Pa). نظرًا لأن هذه الكمية صغيرة جدًا في العالم الحقيقي ، فإن استخدام الكيلوباسكال (kPa) أكثر شيوعًا.

ال ضغط الغلاف الجوي على سطح الأرض حوالي101.325 باسكال، أو 101.3 كيلو باسكال. بسبب الوسائل التي يحدد بها البشر الضغط ، هناك عدد من الوحدات الأخرى قيد الاستخدام اليومي. واحد هو تور، المعروف أيضًا باسم ملليمترات الزئبق (مم زئبق). (أي فضول لديك حول سبب اختيار هذا المعدن سيكون راضيًا في لحظة.) 101.3 كيلو باسكال ، يسمى أيضًا 1 atm كمرجع ، يساوي 760 تور وفقًا لهذا المعيار. بما أن 1 بوصة = 25.4 ملم ، فإن 760 ملم زئبق = (760 / 25.4) = 29.92 في الزئبق. أخيرًا ، 1 ملي بار = 0.001 ضغط جوي ، وبالتالي فإن الضغط الجوي بالمليبار = 1013 ملي بار.

أخيرًا ، ماذا عن تلك الأرطال لكل بوصة مربعة (psi أو lb / in²) تستخدم عادة لقياس ضغط الإطارات في الولايات المتحدة؟ بعد استدعاء التحويلات بين lb و kg وبين in و m ، يمكنك إظهار أن 101.3 kPa = 14.7 lb / in². بالنظر إلى أن الحد الأدنى الموصى به لضغط إطارات السيارة هو حوالي 30 رطل / بوصة مربعة فقط ، فماذا يشير هذا إلى حدسك فيما يتعلق بالوزن "المهمل" ، وبالتالي ضغط الهواء؟

أ مقياس ضغط الدم هو جهاز يقيس ضغط الهواء باستخدام وعاء به أنبوب على شكل "U" مفتوح عند أحد الطرفين أو كلاهما. في مقياس ضغط مغلق ، يتم إدخال عينة من الغاز في طرف واحد ، ثم يتم تغطيته. ثم يُسكب سائل معروف الكثافة في الطرف الآخر. سيتوقف السائل عن الحركة عندما يحتجز ضغط الغاز بين الغطاء والسائل مع الضغط عند يتطابق الجزء السفلي من عمود السائل على هذا الجانب مع ضغط الهواء بالإضافة إلى ضغط عمود السائل في الفتح الجانب.

سيكون ارتفاع السائل على الجانب المفتوح أعلى على هذا الجانب عندما يكون ضغط الهواء أقل من ضغط الغاز و أدنى على الجانب المفتوح عندما يتجاوز ضغط الهواء ضغط الغاز. يمكنك استخدام فرق الارتفاع هذا لحساب ضغط الغاز.

نظرًا لأن P = F / A = mg / A ، m = V و V = Ah لأنبوب أسطواني (أي الحجم = المنطقة مرات الارتفاع) ، يمكن توضيح أن الضغط الناتج عن عمود عمودي للسائل هو gh ، حيث h = الارتفاع في أمتار. يمثل هذا الضغط الفرق الإيجابي أو السلبي بين ضغط الغاز والضغط الجوي.

• رجل- هو الجذر اللاتيني للكلمة التي تعني اليد "، والتي تأتي أيضًا من" التلاعب "؛ إحدى الطرق السهلة للتعبير عن مفهوم الضغط إذا اقتصرت على اللغة غير اللفظية هي استخدام يدك للضغط برفق على شخص آخر.
  

• أ بارومتر هو نوع من مقاييس الضغط يستخدم خصيصًا لقياس الضغط الجوي.
  

• يُطلق على الجهاز اليدوي المستخدم لقياس ضغط الدم في بيئة الرعاية الصحية أ مقياس ضغط الدم، مع sphyg- ترجمة فضفاضة إلى "ضغط". هذا لأنه يجب نفخ الكفة على الذراع إلى مستوى في الاعلى ضغط دم الجسم من أجل قياسه بشكل صحيح ؛ يجب أن يضغطوا حرفيًا على ذراعك للقيام بذلك.

الضغط الجوي ليس ثابتًا ، ويختلف ضمن النطاق النموذجي تمامًا مثل درجة الحرارة والكميات الجيوفيزيائية الأخرى. مناقشة منفصلة في حد ذاتها ، هذا الضغط هو مؤشر موثوق به للطقس الوشيك. عندما نظام الضغط المنخفض يدخل منطقة ، والنتيجة هي عادة السحب والرياح والأمطار ، في حين أن أ نظام الضغط العالي ينتج عادة طقسًا لطيفًا وهادئًا (الحصول على ذلك؟ "الضغط العالي" ينتهي بـ "الهدوء"... فقط في عالم الفيزياء الغريب!)