فيديو السؤال: تحليل الضغط الجوي المتغير مع الارتفاع الفيزياء • الصف الثاني الثانوي

نسخة الفيديو النصية

يوضح التمثيل البياني مقدار الضغط الجوي عند ارتفاعات مختلفة فوق مستوى سطح البحر. موضح الضغط الجوي عند مستوى سطح البحر، والضغط الجوي على ارتفاع ‪ℎ‬‏؛ حيث يساوي الضغط الجوي عنده 0.5 من الضغط الجوي عند مستوى سطح البحر. الضغط الجوي الواحد يكافئ 101 كيلو باسكال من الضغط. كيف يتغير الضغط الجوي كلما زاد الارتفاع عن مستوى سطح البحر؟

للإجابة عن هذا السؤال، دعونا نلق نظرة على التمثيل البياني الذي يوضح لنا الارتفاع فوق مستوى سطح البحر مقابل الضغط الجوي. يمكننا ملاحظة أن المحور الرأسي يبدأ من مستوى سطح البحر ثم يتحرك لأعلى حتى قمة الغلاف الجوي للأرض. وعلى المحور الأفقي، نلاحظ أن قيم الضغط الجوي تتراوح من صفر إلى واحد ضغط جوي. في هذا الجزء من السؤال، نريد معرفة كيف يتغير الضغط الجوي أثناء التحرك لأعلى عبر الغلاف الجوي للأرض.

سنعطي إجابة عامة عن هذا السؤال. بعبارة أخرى، سنصف الاتجاه العام لهذا المنحنى المرسوم أمامنا. إذا بدأنا عند ارتفاع مستوى سطح البحر، فسنجد أن الضغط الجوي المناظر يساوي ضغطًا جويًّا واحدًا. لكن عند التحرك لأعلى عبر الغلاف الجوي وصولًا إلى القمة، نلاحظ أننا نصل إلى ضغط جوي يساوي صفرًا. إذن، كلما زاد الارتفاع فوق مستوى سطح البحر، انخفض الضغط الجوي. وهذا سيكون إجابة هذا الجزء من السؤال. كلما زاد الارتفاع فوق مستوى سطح البحر، انخفض الضغط الجوي.

دعونا نتناول الآن الجزء الثاني من السؤال.

كيف يتغير معدل تغير الضغط الجوي كلما زاد الارتفاع عن مستوى سطح البحر؟

قد يبدو هذا السؤال مشابهًا للسؤال الذي أجبنا عنه قبله. لكننا في الواقع نتحدث الآن عن معدل تغير الضغط الجوي وكيف يتغير. يمكننا ملاحظة أنه كلما ارتفعنا في الغلاف الجوي، انخفض الضغط الجوي. وما نريد معرفته الآن هو أنه، على سبيل المثال، إذا تحركنا حتى ارتفاع محدد في الجزء السفلي من الغلاف الجوي وتغير الضغط الجوي نتيجة لذلك، فكيف يكون هذا التغير في الضغط الجوي مقارنة بالتغير الذي يحدث إذا تحركنا المسافة نفسها ولكن في الجزء العلوي من الغلاف الجوي. أي من هذين التغيرين المتساويين في الارتفاع يؤدي إلى تغير أكبر في الضغط الجوي؟ إذا تمكنا من الإجابة عن ذلك، فسنتمكن من فهم كيفية تغير معدل تغير الضغط الجوي كلما زاد الارتفاع عن مستوى سطح البحر.

فيما يأتي إحدى الطرق التي يمكننا اتباعها للإجابة عن هذا السؤال. لاحظ أن الضغط الجوي محدد عند ضغط جوي واحد، و0.5 ضغط جوي، وصفر ضغط جوي. إذن التغير في الضغط الجوي من واحد إلى 0.5 ضغط جوي هو نفسه التغير من 0.5 إلى صفر. ولقد لاحظنا سابقًا أنه عند مستوى سطح البحر، يساوي الضغط الجوي واحدًا. وبالنظر إلى المحور الرأسي، نلاحظ أنه إذا تحركنا لأعلى حتى ارتفاع ‪ℎ‬‏ من مستوى سطح البحر، فسنكون على ارتفاع يساوي فيه الضغط عنده 0.5 ضغط جوي. بعبارة أخرى، عند التحرك لأعلى من مستوى سطح البحر حتى ارتفاع ‪ℎ‬‏، يقل الضغط الجوي إلى النصف.

دعونا نلاحظ الآن الفرق بين الارتفاع ‪ℎ‬‏ هنا والارتفاع المتبقي من هذا الارتفاع حتى قمة الغلاف الجوي. فسنجد أن المسافة المتبقية أكبر كثيرًا من ‪ℎ‬‏. وعلى الرغم من ذلك، فعلى طول هذه المسافة المتبقية، عندما نرتفع في هذا الجزء من الغلاف الجوي، نجد أن الضغط الجوي يتغير بمقدار 0.5 ضغط جوي فقط، من 0.5 ضغط جوي إلى صفر ضغط جوي. إذن، هذا التغير البسيط نسبيًّا في الارتفاع في الجزء السفلي من الغلاف الجوي يؤدي إلى حدوث تغير أكبر في الضغط الجوي بقدر هذا التغير الأكبر في الارتفاع هنا. وهذا يؤكد لنا أن الضغط الجوي يتغير بسرعة أكبر بكثير في الأجزاء السفلية من الغلاف الجوي مما يحدث في الأجزاء العلوية.

إذن، كلما زاد الارتفاع فوق مستوى سطح البحر مع تحركنا لأعلى من هذا الارتفاع، انخفض معدل تغير الضغط الجوي. ومع تحركنا لأعلى من مستوى سطح البحر في الجزء السفلي من الغلاف الجوي، فإن الضغط الجوي يتغير سريعًا نسبيًّا. لكن كلما اقتربنا من قمة الغلاف الجوي للأرض، انخفض الضغط الجوي نتيجة لزيادة الارتفاع.

دعونا نتناول الآن الجزء الثالث من السؤال.

ما مقدار الضغط الجوي عند مستوى سطح البحر مقربًا لأقرب كيلو باسكال؟

لقد رأينا أنه عند مستوى سطح البحر، الضغط الجوي بوحدة الضغط الجوي القياسي يساوي ضغطًا جويًّا واحدًا. لكن في هذا الجزء من السؤال، نريد التعبير عن هذا الضغط الجوي بوحدة الكيلو باسكال. في نص المسألة، مطلوب منا اعتبار أن الضغط الجوي الواحد يساوي 101 كيلو باسكال. وبما أن الضغط الجوي عند مستوى سطح البحر يساوي ضغطًا جويًّا واحدًا، فإنه يساوي 101 كيلو باسكال، مقربًا لأقرب كيلو باسكال.

الجزء التالي من السؤال هو: ما مقدار الضغط الجوي عند قمة الغلاف الجوي للأرض مقربًا لأقرب كيلو باسكال؟

عند قمة الغلاف الجوي للأرض هنا، رأينا أن الضغط يساوي صفرًا. وهذا يخبرنا بإجابتنا؛ لأنه بغض النظر عن الوحدات التي نستخدمها، الضغط الذي يساوي صفرًا سيكون كذلك بأي وحدة. إذن عند قمة الغلاف الجوي للأرض، الضغط الجوي يساوي صفرًا كيلو باسكال، مقربًا لأقرب كيلو باسكال.

دعونا الآن نتناول الجزء الأخير من السؤال.

هل الارتفاع ‪ℎ‬‏ الذي يساوي عنده الضغط الجوي 0.5 من الضغط الجوي عند مستوى سطح البحر، أكبر من، أم أقل من، أم عند المنتصف بالضبط من مستوى سطح البحر إلى قمة الغلاف الجوي؟

نلاحظ أن هذا الارتفاع ‪ℎ‬‏ في التمثيل البياني موجود فوق مستوى سطح البحر. ولقد رأينا سابقًا أن المسافة من الارتفاع ‪ℎ‬‏ إلى قمة الغلاف الجوي أكبر كثيرًا من المسافة من مستوى سطح البحر إلى الارتفاع ‪ℎ‬‏. في هذا الجزء من السؤال، نقارن هاتين المسافتين الموضحتين باللونين الأزرق والبرتقالي. ونلاحظ أن طول الخط البرتقالي أقل بكثير من طول الخط الأزرق. نستنتج من ذلك أن الارتفاع ‪ℎ‬‏ أقل من منتصف المسافة بين مستوى سطح البحر والغلاف الجوي للأرض.