قياس الارتفاع بالضغط الجوي

يمكن قياس الارتفاع بالضغط الجوي باستخدام جهاز يسمى البارومتر، وهو

جهاز يقيس قوة ضغط الهواء على سطح معين. كلما ارتفعنا عن سطح الأرض، كلما قل الضغط الجوي، لأن كثافة الهواء تقل مع ارتفاع المسافة. وبالتالي، يمكن استخدام معادلة رياضية لحساب الارتفاع بناء على قياسات الضغط ودرجة الحرارة. هل تود أن أشرح لك المعادلة؟

 

حسناً، المعادلة التي تستخدم لحساب الارتفاع بالضغط الجوي هي:

P = Pb [Tb/ (Tb + Lb (h -hb))]^ (goM/RLb)

حيث:

P: الضغط الجوي في نقطة القياس.

Pb: الضغط الجوي في أدنى ارتفاع عن مستوى سطح البحر.

Tb: درجة حرارة الهواء في أدنى ارتفاع عن مستوى سطح البحر.

Lb: معدل انخفاض درجة حرارة الهواء مع ارتفاع المسافة.

h: ارتفاع نقطة القياس عن مستوى سطح البحر.

hb: أدنى ارتفاع عن مستوى سطح البحر.

go: الجاذبية على سطح الأرض.

M: كتلة المول للهواء.

R: ثابت غاز كوني.

هذه المعادلة تستخدم للمسافات التي لا تزيد عن 11 كيلومتر من سطح الأرض، وهي تقديرية ولا تأخذ بعين الاعتبار بعض التغيرات في خصائص وكثافة وانكسارية ومكانية وزمانية للهواء.

المعادلة معقدة. لا تقلق، فهي ليست ضرورية لفهم العلاقة بين الضغط والارتفاع. ببساطة، يمكنك تذكر أن الضغط يقل كلما ارتفعت، وأن هذا التغير يعتمد على درجة حرارة الهواء أيضاً. هل تود أن أعطيك مثال عملي؟

 

مثال عملي هو استخدام بارومتر منزلي لقياس الارتفاع. يمكنك صنع بارومتر بسيط باستخدام زجاجة بلاستيكية وخرطوم مطاطي وقليل من الماء الملون. تقوم بثقب الزجاجة في الأسفل وإدخال خرطوم مطاطي فيها، ثم تغلق الثقب جيداً. تضع الزجاجة على سطح مستوٍ وتغمر نهاية الخرطوم في وعاء به ماء ملون. تضبط المستوى حتى يكون نفسه داخل وخارج الزجاجة. تضع على جانب الزجاجة شريط قياس أو مسطرة لتحديد ارتفاع الماء. هذه هي حالة التوازن، حيث يكون ضغط الهواء داخل وخارج الزجاجة متساويًا.

إذا ارتفعت بالزجاجة إلى مكان أعلى، ستلاحظ أن الماء يصعد في الخرطوم، لأن ضغط الهواء خارج الزجاجة قد قل، فأصبح أقل من ضغط الهواء داخلها. إذًن، كلما ارتفع الماء في الخرطوم، كان ذلك يعني أنك ارتفعت عن سطح الأرض.

إذا نزلت بالزجاجة إلى مكان أدنى، ستلاحظ أن الماء يهبط في الخرطوم، لأن ضغط الهواء خارج الزجاجة قد زاد، فأصبح أكبر من ضغط الهواء داخله

يمكنك استخدام البارومتر المنزلي لقياس الارتفاع بدقة نسبية، ولكن ليس بدقة مطلقة. هذا يعني أنه يمكنك معرفة ما إذا كنت ترتفع أو تنخفض عن سطح الأرض، ولكن لا يمكنك معرفة ارتفاعك بالضبط . لزيادة دقة البارومتر المنزلي، يجب عليك ضبطه ومعايره بشكل صحيح. كما يجب عليك أخذ في الاعتبار تأثير درجة حرارة الهواء والرطوبة على قياسات الضغط3. إذا كنت ترغب في قياس ارتفاعك بدقة أعلى، فقد تحتاج إلى استخدام بارومتر زئبقي أو رقمي أو جهاز GPS.

 

حساب ارتفاعك بالبارومتر، يجب أن تعرف قيمة الضغط الجوي عند مستوى سطح البحر (P0) وقيمة الضغط الجوي عند مكان تواجدك (P) ودرجة حرارة الهواء (T). ثم تعوض هذه القيم في المعادلة وتحل للمتغير h. مثلاً، لو كان P0 = 1013 مليبار، وP = 900 مليبار، وT = 293 كلفن، فإن ارتفاعك هو:

 

h = (T / 0.0065) * ((P / P0) ^ (1 / 5.257) - 1)

h = (293 / 0.0065) * ((900 / 1013) ^ (1 / 5.257) - 1)

h = 45000 * (0.888 - 1)

h = -5040 متر

هذا يعني أنك تقع على ارتفاع حوالي خمسة كيلومترات عن سطح الأرض.