تجربة توريتشيلي: أهمية قياسات الضغط الجوي - جسدي - بدني - 2025

تم إجراء تجربة Torricelli بواسطة عالم الرياضيات الفيزيائي والإيطالي Evangelista Torricelli في عام 1644 وأسفرت عن أول قياس للضغط الجوي.

نشأت هذه التجربة من الحاجة إلى تحسين إمدادات المياه في المدن. إيفانجليستا توريشيلي (1608-1647) ، الذي كان عالم رياضيات في البلاط لدى دوق توسكانا الأكبر فرديناند الثاني ، درس الظواهر الهيدروليكية مع جاليليو.

الشكل 1. تجربة توريشيللي ، حيث يرتفع عمود الزئبق بمقدار 760 مم بسبب الضغط الجوي. المصدر: F. Zapata.

التجربة

في عام 1644 ، أجرى توريشيلي التجربة التالية:

- أدخل الزئبق في أنبوب طوله متر واحد ، يفتح من أحد طرفيه ويغلق من الطرف الآخر.

- عندما امتلأ الأنبوب بالكامل ، قلبه وألقاه في وعاء يحتوي أيضًا على الزئبق.

- لاحظ توريشيلي أن العمود ينحدر وتوقف عند ارتفاع حوالي 76 سم.

- لاحظ أيضًا أن فراغًا قد تم إنشاؤه في الفضاء الذي كان خاليًا ، وإن لم يكن مثاليًا.

كرر توريشيلي التجربة باستخدام أنابيب مختلفة. حتى أنه قام بتغيير بسيط: أضاف الماء إلى الدلو ، الذي كان أخف وزنًا ، فكان يطفو على الزئبق. ثم رفع ببطء الأنبوب المحتوي على الزئبق إلى سطح الماء.

ثم نزل الزئبق وارتفع الماء. الفراغ الذي تم الحصول عليه ، كما قلنا سابقًا ، لم يكن مثاليًا ، لأنه كان هناك دائمًا بقايا من بخار الزئبق أو الماء.

قياس الضغط الجوي

الغلاف الجوي عبارة عن مزيج من الغازات التي يسود فيها النيتروجين والأكسجين ، مع آثار غازات أخرى مثل الأرجون وثاني أكسيد الكربون والهيدروجين والميثان وأول أكسيد الكربون وبخار الماء والأوزون.

الجاذبية التي تمارسها الأرض هي المسؤولة عن الحفاظ على الكوكب المحيط بكامله.

بالطبع ، التركيبة ليست موحدة ، وكذلك الكثافة ، لأنها تعتمد على درجة الحرارة. يوجد بالقرب من السطح كمية جيدة من الغبار والرمل والملوثات من الأحداث الطبيعية وأيضًا من النشاط البشري. الجزيئات الأثقل هي أقرب إلى الأرض.

نظرًا لوجود الكثير من التباين ، فمن الضروري اختيار ارتفاع مرجعي للضغط الجوي ، والذي تم اعتباره مستوى سطح البحر للراحة.

هنا لا يقتصر الأمر على مستوى سطح البحر فقط ، لأن هذا يمثل أيضًا تقلبات. يتم اختيار المستوى أو المسند بمساعدة نظام مرجعي جيوديسي محدد باتفاق مشترك بين الخبراء.

ما قيمة الضغط الجوي بالقرب من الأرض؟ وجد Torricelli قيمتها عندما قاس ارتفاع العمود: 760 ملم من الزئبق.

بارومتر توريسيللي

في الجزء العلوي من الأنبوب ، يكون الضغط 0 ، حيث تم إنشاء فراغ هناك. وفي الوقت نفسه ، على سطح حوض الزئبق ، يكون الضغط P ₁ هو الضغط الجوي.

دعونا نختار أصل الإطار المرجعي على السطح الحر للزئبق ، في الجزء العلوي من الأنبوب. من هناك إلى سطح الزئبق في الحاوية ، قم بقياس H ، ارتفاع العمود.

الشكل 2. بارومتر Torricelli. المصدر: الفيزياء العامة للمهندسين. J. لاي. USACH.

الضغط عند النقطة المميزة باللون الأحمر ، عند العمق y ₁ هو:

حيث ρ _Hg هي كثافة الزئبق. بما أن y ₁ = H و Po = 0:

نظرًا لأن كثافة الزئبق ثابتة والجاذبية ثابتة ، فقد اتضح أن ارتفاع عمود الزئبق يتناسب مع P _{1 ،} وهو الضغط الجوي. استبدال القيم المعروفة:

وحدة الضغط في النظام الدولي هي pascal ، والمختصرة Pa. وفقًا لتجربة Torricelli ، يبلغ الضغط الجوي 101.3 كيلو باسكال.

أهمية الضغط الجوي بالنسبة للمناخ

لاحظ توريشيلي أن مستوى الزئبق في الأنبوب يخضع لتغيرات طفيفة كل يوم ، لذلك استنتج أن الضغط الجوي يجب أن يتغير أيضًا.

يعتبر الضغط الجوي مسؤولاً عن الكثير من المناخ ، إلا أن تغيراته اليومية تمر دون أن يلاحظها أحد. هذا لأنها ليست ملحوظة مثل العواصف أو البرد ، على سبيل المثال.

ومع ذلك ، فإن هذه التغيرات في الضغط الجوي هي المسؤولة عن الرياح ، والتي بدورها تؤثر على هطول الأمطار ودرجة الحرارة والرطوبة النسبية. عندما ترتفع درجة حرارة الأرض ، يتمدد الهواء ويميل إلى الارتفاع ، مما يؤدي إلى انخفاض الضغط.

عندما يشير المقياس إلى ضغوط عالية ، يمكن توقع طقس جيد ، بينما يوجد احتمال حدوث عواصف مع ضغوط منخفضة. ومع ذلك ، لإجراء تنبؤات دقيقة بالطقس ، تحتاج إلى مزيد من المعلومات حول العوامل الأخرى.

هو

على الرغم من أن هذا يبدو غريبًا ، نظرًا لأن الضغط يُعرَّف بأنه القوة لكل وحدة مساحة ، إلا أنه في علم الأرصاد الجوية يكون صالحًا للتعبير عن الضغط الجوي بالمليمترات من الزئبق ، كما حدده توريسيلي.

هذا بسبب استمرار استخدام مقياس الزئبق اليوم مع اختلاف بسيط منذ ذلك الوقت ، لذلك تكريمًا لـ Torricelli ، 760 ملم من الزئبق يساوي 1 تور. بعبارات أخرى:

إذا استخدم Torricelli الماء بدلاً من الزئبق ، فسيكون ارتفاع العمود 10.3 متر. يعتبر مقياس الزئبق أكثر عملية لأنه أكثر إحكاما.

الوحدات الأخرى المستخدمة على نطاق واسع هي القضبان والمليبار. الملي بار الواحد يساوي هيكتوباسكال واحدًا أو 10 ² باسكال.

أجهزة قياس الارتفاع

مقياس الارتفاع هو أداة تشير إلى ارتفاع المكان ، وتقارن الضغط الجوي عند هذا الارتفاع مع الضغط على الأرض أو في مكان مرجعي آخر.

إذا لم يكن الارتفاع كبيرًا جدًا ، فيمكننا من حيث المبدأ افتراض أن كثافة الهواء تظل ثابتة. لكن هذا تقريب ، لأننا نعلم أن كثافة الغلاف الجوي تتناقص مع الارتفاع.

باستخدام المعادلة المستخدمة أعلاه ، يتم استخدام كثافة الهواء بدلاً من كثافة الزئبق:

في هذا التعبير ، يُؤخذ P _o على أنه الضغط الجوي عند مستوى الأرض و P1 هو ضغط المكان الذي سيتم تحديد ارتفاعه:

تُظهر معادلة الارتفاع أن الضغط يتناقص بشكل كبير مع الارتفاع: بالنسبة إلى H = 0 ، أو P ₁ = P _أو إذا كانت H → ∞ ، فإن P ₁ = 0.

المراجع

1. Figueroa، D. 2005. السلسلة: فيزياء العلوم والهندسة. المجلد 5. السوائل والديناميكا الحرارية. حرره دوغلاس فيغيروا (USB).
2. كيركباتريك ، ل. 2007. الفيزياء: نظرة على العالم. الطبعة السادسة المختصرة. سينجاج ليرنينج.
3. Lay، J. 2004. الفيزياء العامة للمهندسين. USACH.
4. موت ، ر. 2006. ميكانيكا الموائع. الرابعة. الإصدار. تعليم بيرسون.
5. Strangeways، I. 2003. قياس البيئة الطبيعية. الثاني. الإصدار. صحافة جامعة كامبرج.