كيف يتغير الضغط بالارتفاع

الضّغط والضّغط الجوي

يُعرَّف الضّغط بأنه القوة التي تؤثّر على وحدة المساحة، أما الضّغط الجوي (بالإنجليزيّة: Atmospheric pressure) فهو قوة عمود من الهواء على وحدة مساحة محددة، ويقاس الضّغط بوحدة الباسكال التي تساوي نيوتن لكل متر مربع، ويقاس أيضا بوحدة البار التي تساوي 10آلاف باسكال، ويُقدّر متوسط قيمة الضّغط الجوي عند مستوى سطح البحر بأنّها 1 ضغط جوي، أو 1atm.

تأثير الارتفاع على الضّغط

يبلغ الضغط الجوي القياسي عند مستوى سطح البحر 1013.25 ميلي بار (1.0132 بار)، وكلما زاد الارتفاع عن سطح البحر انخفض الضّغط الجوي بمقدار 3.5 ملي بار لكل 30م تقريباً، وعند الوصول إلى ارتفاع 270 ألف متر عن سطح البحر ينخفض الضّغط ليصبح أقل بكثير من الضّغط الجويّ بحيث يمكن مقارنته بالضّغط الجوي في الفراغ (بالإنجليزيّة: vacuum)، ويتأثّر الضّغط الجوي كلّما زاد الارتفاع بدرجة الحرارة؛ إذ إنّ انخفاض الضّغط بزيادة الارتفاع يكون أكثر حدّة عندما يكون الهواء في المنطقة بارداََ مقارنةً بمنطقة هواؤها دافئ؛ لأنّ كثافة الهواء البارد تكون أكبر من كثافة الهواء الدافئ عند الارتفاعات المنخفضة.

داء المرتفعات

يظهر تأثير وجود البشر على علو شاهق يزيد عن 2400م عن مستوى سطح البحر إلى الإصابة بمرض يُسمى داء المرتفعات (بالإنجليزيّة: Altitude sickness ) أو مرض الجبال (بالإنجليزيّة: Mountain sickness)، وتحدث أعراض هذا المرض نتيجة نقص الأكسجين، وهو ما أثبته عالم الفسيولوجيا الفرنسي بول بيرت عام 1878م، أما أكثر من يتعرّض لهذا المرض فهم متسلقو الجبال والطّيارين، والأشخاص الذين يعيشون على ارتفاعات عالية.

عند الوصول إلى ارتفاعات عالية يقل ضغط الهواء الجوي، مما يؤدي إلى تقليل الضّغط الجزئي للأكسجين على الحويصلات الهوائيّة في الرّئتين، وهذا يقلل بدوره من كمية الأكسجين الذي تمتصه خلايا الدّم الحمراء وتنقله إلى أنسجة الجسم، ويؤدي نقص الأكسجين في الأنسجة إلى ظهور أعراض داء المرتفعات، ومنها: التّنفس السّريع، وضيق في التّنفس عند الإجهاد، وألم في الصّدر، وعدم انتظام ضربات القلب، والشّعور بالضّعف والتوعّك العام، والدّوخة، والصّداع، والأرق، وانخفاض التّنسيق العضلي، وضعف البصر والسّمع، والغثيان والقيء، وتختلف شدة هذه الأعراض من شخ ص لآخر، فيمكن للبعض أن يتأقلّم مع الارتفاع ويتعافى في غضون يومين إلى خمسة أيام، بينما يعاني البعض الآخر من أعراض شديدة قد تؤدي إلى الموت في حال عدم عودتهم إلى الارتفاعات المنخفضة ومنها الوذمة الرّئويّة التي تنتج عن تراكم السّوائل في الرّئتين.

يمكن تجنّب الإصابة بداء المرتفعات عن طريق الصّعود ببطء على مدى عدة أيام، وتقليل النّشاط البدني خاصةََ في الأيام الأولى للصعود، والمحافظة على ترطيب الجسم باستمرار للحد من أعراض دوار المرتفعات، كما يمكن استخدام مسكنات الألم التي تُصرف بدون وصفة طبيّة، وعند حدوث الدوار يمكن إعطاء المصاب دواء أسيتازولاميد، أو ديكساميثازون.

الإشارة القرآنية لداء المرتفعات

قال تعالى في كتابه الكريم: (فَمَن يُرِدِ اللَّهُ أَن يَهْدِيَهُ يَشْرَحْ صَدْرَهُ لِلْإِسْلَامِ ۖ وَمَن يُرِدْ أَن يُضِلَّهُ يَجْعَلْ صَدْرَهُ ضَيِّقًا حَرَجًا كَأَنَّمَا يَصَّعَّدُ فِي السَّمَاءِ ۚ كَذَٰلِكَ يَجْعَلُ اللَّهُ الرِّجْسَ عَلَى الَّذِينَ لَا يُؤْمِنُونَ)، وهذه الآية من دلائل الإعجاز العلمي في القرآن الكريم، فهي تُشبّه ضيق صدر من رفض الإيمان بالله تعالى بضيق صدر من يتصاعد في السّماء؛ وذلك لانخفاض ضغط الهواء في طبقات الجو العليا تدريجياََ حتى يصل الضّيق إلى مرحلة الحرج التي لا يتمكّن الأكسجين بعدها من الوصول إلى الدّم (داء المرتفعات)، وهو تشبيه معجز لأنّ المعلومات المعروفة الآن عن تأثير الارتفاع على الضّغط الجويّ وعلى صحة الإنسان لم تكن معلومة في وقت نزول القرآن الكريم

عوامل أخرى مؤثرة على الضّغط الجوي

يتأثر الضّغط الجوي بالإضافة للارتفاع عن سطح البحر بعدة عوامل أخرى، وهي:

• درجة الحرارة: يؤدي ارتفاع درجة الحرارة إلى تمدّد الهواء وانخفاض ضغطه، لذلك يكون الضّغط منخفضاََ في فصل الصّيف، وفي فترة الظّهر، بينما يكون الضّغط مرتفعاََ في فصل الشّتاء، وفي ساعات الصّباح.
• الرّطوبة: هي مقدار بخار الماء في الهواء، ويكون ضغط الهواء الرّطب أقل من ضغط الهواء الجاف.
• حركة الهواء الرّأسيّة: يكون الهواء الصّاعد منخفض الضغط كما في المناطق الاستوائيّة، أما الهواء الهابط فيكون ثقيل وله ضغط مرتفع كما في المناطق المداريّة.
• توزيع اليابسة والماء: يكون الضّغط الجوي منخفضاََ على اليابسة أثناء النّهار وفي فصل الصّيف، وعلى المسطحات المائيّة أثناء اللّيل وفي فصل الشّتاء، بينما يكون الضّغط الجوي مرتفعاََ على اليابسة ليلاََ وفي فصل الشّتاء، وعلى المسطحات المائيّة نهاراََ وفي فصل الصّيف.

مقياس الضّغط الجوي

فيما يأتي بعض أنواع الباروميترات؛ وهي الأجهزة المستخدمة لقياس الضّغط الجوي:

• الباروميتر المعتمد على الماء: نوع بسيط من الباروميترات يقيس وجود ارتفاع أو انخفاض بالضّغط الجوي فقط دون تحديد مقدار الضّغط ، ويتكوّن غالباََ من كرة زجاجيّة مغلقة نصف مملؤة بالماء، يتصّل بها من الخارج صنبور رفيع بحيث تكون منطقة اتصاله بالكرة تحت مستوى الماء ويمتد الصنبور للأعلى بحيث تكون نهايته المفتوحة أعلى من مستوى الماء في الكرة، فإذا ارتفع مستوى الماء في الصنبور فهذا يدل على أنّ الضّغط الجوي انخفض، وإذا قل ارتفاع منسوب الماء فهذا يدل على أنّ الضّغط الجوي ازداد.
• الباروميتر الزّئبقي: يتكوّن الباروميتر الزئبقي الذي اخترعه العالم تورشلي من مستودع مفتوح فيه زئبق، وبداخله أنبوب زجاجي إحدى نهايتيه مغلقة، ويشير ارتفاع الزّئبق في الأنبوب الزّجاجي على مستوى الضّغط الجوي.
• باروميتر مضخة الزّيت الفراغيّة: باروميتر مكوّن من مضخة فراغيّة ضغط البخار فيها منخفض جداََ.
• الباروميتر المعدنيّ: ويُسمى أيضاََ الباروميتر اللاسائل، وذلك لأنه لا يستخدم السّوائل بل يعتمد في عمله على تقلّص أو تمدّد كبسولة معدنيّة مرنة.
• راسم الضّغط الجوي: مقياس للضغط الجوي يكون متصلاََ بباروميتر معدني، ويسجل التغيّر في الضّغط على شكل رسم بياني.
• باروميتر النّظم الكهروميكانيكية الصّغرى ( بالإنجليزيّة: MEMS barometers).
• باروميتر الهاتف الذكي.