ضغط الهواء | Air Pressure

اكتشف ضغط الهواء عام 1640م، وكان مكتشفه ايفانجيليستا توريتشيللي Evangelista Torricelli.

للهواء وزن وضغط، ولكن نحن لا نحس بتأثير هذا الوزن علينا لأنه لطالما كان جزءا من عالمنا. الأمر ذاته ينطبق على العلماء الأوائل ممن فاتهم جميعا قياس وزن الهواء والضغط الجوي.

كان اكتشاف ايفانجيليستا توريتشيللي مدخلا لدراسة جادة للطقس والجو، وأرسى الأسس التي أفادت نيوتن وغيره من العلماء في دراساتهم للجاذبية. كما ومهد لتوريتشيللي نفسه فيما بعد تقديم مفهوم الفراغ vacuum واختراع البارومتر - الأداة الأساسية والأكثر أهمية لدراسة الطقس.

- كيف تم هذا الاكتشاف ؟

في أحد أيام تشرين الأول (أكتوبر) الصافية من عام 1640م، أجرى غاليليو تجربة حول مضخة الامتصاص، وذلك عند بئر عام بالقرب من ميدان سوق فلورنسا الإيطالية.

فقام العالم المشهور بغمس أنبوب طويل في مياه البئر القاتمة. ومن البئر مد أنبوب غاليليو نحو الأعلى ليلتف حول حزمة خشبية متشابكة على ارتفاع ثلاثة أمتار فوق جدار البئر، وينزل نحو الأسفل حيث تستقبله مضخة يدوية يتحكم بها اثنان من معاونين: ايفانجيليستا توريتشيللي Evangelista Torricelli. البالغ من العمر اثنين وثلاثين عاما، وابن تاجر ثري والعالم الطموح والثاني كان جيوفاني بالباني Giovanni Baliani، وهو الآخر عالم فيزيائي إيطالي.

قام توريتشيللي وبالياني بضخ مقود المضخة الخشبي ماصين الهواء من أنبوب غاليليو ببطء وساحبين في الوقت ذاته الماء لمستوى أعلى ضمن الأنبوب. واستمرا بالضخ لحين تسطح الأنبوب وكأنها قشة مبلولة دست عليها. لكن بغض النظر عن مقدار ما كانا يبذلان من جهد، لم يكن الماء ليرتفع أكثر من 9.7 متر فوق مستوى سطح الماء بالبئر، وتكررت هذه النتيجة بتكرار أداء التجربة.

افترض غاليليو حينها بأن وزن عمود الماء في الأنبوب كان السبب - بطريقة ما - وراء إرجاع مستواه إلى ذلك الحد كلما حاولوا رفعه أكثر.

لكن لغز أنبوب الامتصاص ظل يحير توريتشيللي الذي عاود التفكير فيه بجدية سنة 1643م. فلو كان غاليليو صائبا، فإنه يفترض لسائل أثقل أن يصل لنفس الوزن الحرج وبالتالي ينخفض مستواه لحد أدنى. فوزن الزئبق كان 13.5 ضعف وزن الماء، وعليه لا يفترض لعمود الزئبق أن يرتفع أكثر من 1/13.5 من ارتفاع عمود الماء أو ما يقارب 76.2 سنتميتر.

قام توريتشيللي بملأ أنبوب زجاجي طوله 182 سنتميتر بالزئبق السائل، وسد النهاية المفتوحة بقطعة قطن. ثم قلب الأنبوب وغمس النهاية المسدودة في حوض يحتوي على الزئبق السائل قبل رفعه للسدادة. وكما توقع، انساب الزئبق من الأنبوب إلى الحوض ولكن ليس جميعه.

وكان قياس ارتفاع العمود المتبقي للزئبق 76.2 سنتم تماما كما توقع توريتشيللي. ولكن استمر توريتشيللي في افتراض أن اللغز يمكن في الفراغ الذي تركه فوق عمود الزئبق.

وفي اليوم التالي، وبينما كانت الريح وقطرات المطر الباردة ترتطم بنوافذ بيته، أعاد توريتشيللي تجربته بهدف دراسة الفراغ فوق مستوى الزئبق. ولكن المثير للدهشة أن عمود الزئبق ارتفع إلى مستوى 73.6 سم، في وقت افترض فيه توريتشيللي أن يكون الارتفاع ثابتا. فما الذي اختلف اليوم عن البارحة ؟ تمعن توريتشيللي في التفكير بهذا اللغز الجديد في حين استمر المطر في ضرباته على نافذة الغرفة دون رحمة.

ما اختلف ذاك اليوم كان الجو - الطقس، توقف تفكير توريتشيللي على فكرة ثورية جديدة تماما. إن للهواء نفسه وزنا.

إن الجواب الحقيقي للغز مضخة الامتصاص لا يكمن في وزن السائل ولا في الفراغ الذي يعتليه، بل في وزن الهواء الجوي الضاغط عليه من الأعلى.

أدرك توريتشيللي إذن بأن وزن الهواء في الجو قد ضغط على الزئبق في الحوض الذي يحتويه، مما أدى إلى دفع الزئبق داخل الأنبوب. فوزن الزئبق في الأنبوب يجب أن يساوي تماما وزن الهواء الخارجي المسلط على الزئبق في الحوض.

بتغير وزن الهواء الخارجي، فإنه سيدفع بالزئبق الموضوع في الحوض أقل أو أكثر بقليل وبالتالي سيغير ارتفاع الزئبق في الأنبوب لمستوى أدنى أو أعلى بقليل. فالتغير بالطقس لابد أن يغير وزن الهواء الخارجي.

لقد اكتشف توريتشيللي الضغط الجوي وقدم طريقة لقياسه ودراسته.

- هل تعلم ؟

نادرا ما ينخفض مستوى الزئبق في البارومترات المنزلية بأكثر من 1.27 سنتمتر تزامنا مع تغير الطقس من هادئ إلى عاصف. وكان الانخفاض الأدنى هو 7.52 سنتمتر من الزئبق قيس ضمن إعصار بساوث داكوتا، وذلك في يونيو 2003م.