الضغط الجوي
atm — وحدة خارج النظام الدولي · المقدار: الضغط · 101 325 Pa بالضبط
كان حفّارو الآبار في فلورنسا يشكون أن أي مضخة لا ترفع الماء أعلى من عشرة أمتار ونصف مهما بذلوا من جهد. مازح غاليليو قائلًا إن الطبيعة، على ما يبدو، أوشك رعبها من الفراغ أن ينفد. أراد تلميذه توريتشيلي أن يتحقق من الأمر جِدًّا فاستبدل بالماء زئبقًا — وهو أثقل بأربعة عشر ضعفًا، فيقصر العمود ويتسع له سطح الطاولة. توقف الزئبق في الأنبوب المُحكم عند ستة وسبعين سنتيمترًا، وبقي فوقه فراغ ما كان ينبغي أن يوجد. إذن فالمضخة لا تسحب شيئًا: الهواء هو الذي يدفع الماء إلى الأنبوب، ويدفعه بالقوة نفسها التي يستطيع هذا العمود موازنتها. كتب توريتشيلي: نحن نعيش غارقين في قاع محيط من الهواء.
01 · التعريف
الضغط الجوي وحدة ضغط خارج النظام الدولي، تساوي 101 325 باسكال بالضبط. والرقم ليس مقيسًا بل مقرَّرًا: هو ضغط عمود زئبق ارتفاعه 760 mm عند صفر درجة وتحت تسارع الجاذبية القياسي، حُسب مرة واحدة وثُبِّت منذ 1954 تعريفًا.
لاحظ ما جرى للمنطق. كانت الوحدة في البدء شيئًا ماديًا: عمود زئبق يمكن صبّه وقياسه بالمسطرة ورؤيته بالعين. ثم حُسب ذلك الشيء عبر كثافة الزئبق والجاذبية، فخرج رقم من خمس منازل — فأُعلن الرقم نفسه وحدةً. وبعدها لم يعد الزئبق لازمًا: لو تبيّن غدًا أن كثافته معروفة بدقة أكبر قليلًا، فلن يهتز الضغط الجوي، لأنه لم يعد شأنًا من شؤون الزئبق.
المُضلِّل في هذه الوحدة هو النصف الثاني من الاسم وحده. فـ«القياسي» في الضغط الجوي لا يقول شيئًا عمّا يجري خلف النافذة: الضغط الحقيقي عند السطح يتأرجح من 870 هكتوباسكال في عين الإعصار إلى 1085 فوق سيبيريا الشتوية، وأن يخرج ضغط جوي واحد بالضبط أمرٌ — بدقة القول — من قبيل المصادفة. إنه نقطة إسناد لا قياس: إليه تُرَدّ حجوم الغازات، ومنه تُحسب درجات الغليان، وبه تُعاير مقاييس الضغط — ثم يُسمّى بحكم العادة «الضغط الطبيعي»، مع أن ضغطًا طبيعيًا لا وجود له في الطبيعة.
من هذا الرقم المثبَّت ينبع حساب هذه الصفحة كله: الضغط الجوي أكبر من مليمتر عمود الزئبق بـ760 مرة بالضبط، ومن البار بـ1,013 25 مرة، ومن الضغط الجوي الهندسي بـ1,033 مرة — وهو ذلك الـ«at»، أي الكيلوغرام-قوة على السنتيمتر المربع، الذي ما زال يُخلط بالحقيقي. الفارق بينهما ثلاثة في المئة: يكفي لإفساد حساب، ويقلّ عن أن يُلحَظ على مقياس الضغط.
الضغط الجوي الواحد هو عشرة أطنان وثلاثمئة وثلاثون كيلوغرامًا من الهواء تقف على كل متر مربع: نحو ستمئة كيلوغرام على كتفَي شخص بالغ، ومئة وخمسون على راحة اليد. وهو لا يسحقنا لأنه يضغط من الخارج ومن الداخل معًا — لكن أزِل نصفه من جهة واحدة، فيصير الفارق قوة محسوسة تمامًا. المِحجم والمصّاصة ورافعة التفريغ للزجاج والقفص الصدري عند الشهيق تعمل كلها على المبدأ ذاته: خفِّض الضغط قليلًا من جهة، ودع الضغط الجوي ينجز العمل بنفسه.
02 · التحويل
أدخل قيمة، وستحوّلها هذه الصفحة إلى بقية الوحدات
ثلاث عائلات: مقياس الضغوط نفسه، وأشياء مألوفة تحت هذا الضغط، والظروف القياسية التي يحددها الضغط الجوي.
المصيدة الكبرى ليست في المعاملات بل فيما نعدّ منه. مقياس الضغط المنزلي — للإطارات أو للضاغط أو أي مقياس بعقرب — يعرض الضغط المقياسي، أي الفارق عن الهواء المحيط؛ و«اثنان ونصف في العجلة» تعني ثلاثة ونصف مطلقة. أما صيغ قوانين الغازات ودرجات الغليان والذوبانية فتطلب الضغط المطلق. ومن هنا جاء الحرفان في الكتالوجات الإنجليزية، psig وpsia، ومن هنا أيضًا نصف الحسابات الفاسدة: الخلط بينهما يعني خطأً مقداره ضغط جوي واحد بالضبط، وهو عند الضغوط المنخفضة أكبر من المقدار المقيس نفسه.
| الكتابة | ما معناه | القيمة | أين يُصادَف |
|---|---|---|---|
| atm | الضغط الجوي القياسي | 1,0000 | الكيمياء والغوص |
| Pa | باسكال، وحدة النظام الدولي | 101325 Pa | المواصفات والحسابات |
| kPa | كيلوباسكال | 101,325 | الإطارات، الهندسة بالنظام الدولي |
| bar | bar | 1,01325 | الهيدروليك والغوص |
| hPa | هكتوباسكال، أي الميليبار | 1013,3 | نشرات الطقس |
| mmHg | تور | 760,00 | الطب وتقنية التفريغ |
| at | الهندسية، kgf/cm² | 1,0332 | الوثائق القديمة |
| psi | رطل على البوصة المربعة | 14,696 | الهندسة الأنجلوأمريكية |
| mmHg | ضغط الدم | 101325 Pa | 120 mm — الانقباضي لدى بالغ سليم |
| bar | إطار سيارة | 101325 Pa | 2,5 bar على المقياس |
| atm | أسطوانة غوص | 101325 Pa | 200 ضغط جوي في أسطوانة فولاذية |
| hPa | نشرة الطقس | 101325 Pa | 1013 hPa عند السطح |
| atm | الظروف القياسية للاتحاد الدولي للكيمياء | 101325 Pa | 1 bar منذ 1982، وقبلها الضغط الجوي |
| kPa | الظروف العادية | 101325 Pa | 101,325 kPa و0 °C |
| mmHg | معايرة البارومتر | 101325 Pa | 760 mm عند 0 °C وg₀ |
التحويلات دقيقة: كل هذه الوحدات معرَّفة عبر الباسكال بمعاملات صحيحة، ولا واحدة منها تُصحَّح بالتجربة. الرقم الحي الوحيد في الجدول هو الهكتوباسكال: يطابق الميليبار عدديًا، ولذلك بدّلت الأرصاد الجوية وحدتها دون إعادة تدريب المراقبين ودون إعادة رسم الخرائط.
03 · رتب المقادير
اللوغاريتم العشري للضغط، بالضغط الجويالمدى الصالح للحياة والتقنية اليومية
04 · أجهزة القياس
بماذا يُقاس الضغط الجوي
أنبوب زجاجي طوله متر، مسدود من طرف، يُملأ زئبقًا ويُقلب في وعاء: ينزل الزئبق حتى يستقر عند ارتفاع التوازن، ويبقى فوقه فراغ توريتشيلي — أول فراغ صنعته يد الإنسان. الجهاز دقيق بلا عيب وغير مريح على الإطلاق: ثقيل، لا يحتمل الميل، ويتطلب تصحيحات لدرجة حرارة الزئبق وللجاذبية المحلية. في المقابل لا يحتاج إلى معايرة — فالمسطرة نفسها هي المقياس.
المبدأ نفسه مرفوعًا إلى مستوى علم القياس: الوعاء مشدود من أسفل بكيس جلدي، وبلولب يُرفع مستواه في كل مرة إلى صفر المقياس — إلى سنّ من العاج ينبغي أن يكاد يلامس انعكاسه في الزئبق. وبعد ذلك فقط تُقرأ قمة العمود بالورنية بدقة عُشر مليمتر. بمثل هذه البارومترات كان الضغط يُضبط على منصات المعايرة حتى منتصف القرن العشرين، ومن قراءاتها هي — بعد ردّها إلى صفر درجة والجاذبية القياسية — نشأ الرقم 101 325.
بدل الزئبق عُلبة مسطحة مموّجة أُفرغ منها الهواء: تنبعج قليلًا حين يرتفع الضغط وتستوي حين ينخفض. حركة جدارها بأعشار المليمتر، وكل براعة الجهاز في الروافع التي تكبّر هذه الحركة حتى مدى العقرب. الأنيرويد يمكن حمله وإسقاطه وتعليقه في المدخل، لكنه يكذب مع الوقت: يتعب النابض فيلزم مقارنته بالبارومتر الزئبقي. وهكذا نال المقدار الواحد جهازًا «صحيحًا» وآخر «مريحًا».
في الهاتف يعيش غشاء سيليكوني بحجم حبة رمل: ينحني تحت الضغط، ومع الانحناء تتغير سعة أو مقاومة مقاييس الانفعال عند حافته. الحساسية نحو عشرة باسكالات، أي أقل من متر ارتفاعًا، ولذلك يميّز الملاح الطابق الأول من الثالث. صارت البارومترات في العالم أكثر من الترمومترات، وقراءاتها المجموعة من ملايين الهواتف تدخل بالفعل في نماذج التنبؤ بالطقس.
05 · قواعد الكتابة
ثلاثة حروف صغيرة وتحفُّظ واحد
الوحدة ليست مسماة باسم شخص، ولذلك يُكتب رمزها بحروف صغيرة، ولا تُلحق بها السوابق.
يظهر الحرف «A» الكبير في كتالوجات الأجهزة المستوردة، وهو دائمًا علامة إهمال لا وحدة أخرى. يختلف البار عن الضغط الجوي بـ1,3 في المئة، وقد أُدخل تحديدًا ليعطي عددًا مستديرًا من الباسكالات؛ وقد تخلّت الأرصاد الجوية عن الضغط الجوي لصالحه منذ الثلاثينيات، وتصدر النشرات بالهكتوباسكال المساوي عدديًا للميليبار. أما الـ«at» الهندسي فهو الكيلوغرام-قوة على السنتيمتر المربع، أصغر من الحقيقي بثلاثة في المئة، ويرد في الوثائق القديمة أكثر من atm. والسطر الأخير يتحدث عمّا ينقص: بغير إشارة «مطلق» أو «مقياسي» يبقى رقم الضغط ناقصًا، وهذا هو التحفُّظ الوحيد الذي لا يجوز إسقاطه.
07 · القسم التاريخي
كيف صار الفراغ وحدة
استغرقت التجربة دقيقة، ودام الجدل حولها عشرين عامًا: فوق الزئبق في الأنبوب ظهر فراغ لم يكن — في الاعتقاد السائد — ممكنًا. شرح توريتشيلي كل شيء دفعة واحدة: العمود يحمله وزن الهواء، وارتفاعه غير ثابت — كان يتغير من يوم إلى يوم. وهكذا صار جهازٌ ابتُكر من أجل جدال فلسفي متنبئًا بالطقس على الفور، وهذه هي الحالة الوحيدة التي وُلدت فيها الأرصاد الجوية من الفراغ.
استنتج بليز باسكال أنه إذا كان الهواء هو ما يحمل العمود، فالهواء على الجبل أقل، ولا بد أن ينخفض العمود. وكان هو نفسه واهن الصحة، فصعد إلى بوي دو دوم صهرُه فلوران بيرييه بأنبوبين: ترك أحدهما عند السفح في عهدة راهب، وحمل الآخر إلى الأعلى. عند القمة انخفض الزئبق ثلاث بوصات وخطًّا. وانتهى الجدل: للهواء وزن، ووزنه يقلّ كلما ارتفعنا.
ضمّ عمدة ماغديبورغ أوتو فون غيريكه نصفَي كرة من النحاس، وأفرغ الهواء بمضخته، ودعا فرق الخيل إلى فصلهما. لم تفلح ثمانية خيول من كل جهة؛ فعند قطر نصف متر كان الضغط الجوي يمسك الكرة بقوة نحو طنّين. الحساب واضح لكل من يعرف ضرب المساحة في الضغط، لكن العرض شرحه أفضل من أي اشتقاق — ودخل الكتب المدرسية أربعة قرون.
بحلول منتصف القرن العشرين ظهر ما يزعج: التعريف عبر 760 مليمترًا من الزئبق كان يجرّ معه كثافة الزئبق والجاذبية المحلية، وكلا المقدارين كان يُضبط بدقة متزايدة. فقطع المؤتمر العام العاشر للأوزان والمقاييس العقدة، معلنًا أن الضغط الجوي يساوي 101 325 باسكال بحكم التعريف. فقدت الوحدة صلتها بالمادة وصارت مجرد معامل — بالحيلة نفسها التي فُصل بها لاحقًا المتر ثم الكيلوغرام عن أشيائهما.
وحدة أُلغيت ولم يُستطع إزالتها
الضغط الجوي ليس من النظام الدولي ولا يُنصح باستعماله: فللضغط باسكاله، وللقيم الكبيرة سوابقه. ومع ذلك تصمد هذه الوحدة حيث لا يهمّ الرقم بل المقارنة بالهواء خلف النافذة. يكتب الكيميائي «تفاعل عند 3 atm» لأن المهم عنده كم ضعفًا يزيد على ضغط الهواء؛ ويعدّ الغواص العمق بالضغوط الجوية لأن كل عشرة أمتار من الماء تضيف واحدًا بالضبط، وهذا أيسر حساب في مهنته؛ ومقياس ضغط الإطارات مدرَّج بالبار وبـatm لأن الفارق بينهما أصغر من خطأ الجهاز. والمفارقة القياسية هنا أن الضغط الجوي بعد 1954 كفّ عن أن يكون قياسًا وصار معاملًا دقيقًا — أي صار بالضبط ما يسهل استعماله، وبالضبط ما لا يمكن التحقق منه بالتجربة. يمكن التحقق من البارومتر لا من الوحدة؛ والبارومتر المعاير بالباسكال لن يشير إلى ضغط جوي واحد إلا بمصادفة نادرة. وأقرباؤها لقوا مصيرًا مشابهًا: مليمتر عمود الزئبق معرَّف هو أيضًا عبر الباسكال، وهو أيضًا حي — في الطب، حيث يُقاس به ضغط الدم، ولم تغيّر ذلك أي توصية.
الفهرس · وحدات القياس
صفحة لكل مقدار
سبع وحدات أساسية في النظام الدولي، واثنتان وعشرون وحدة مشتقة بأسماء خاصة، ووحدات خارج النظام لا تستغني عنها الهندسة ولا الحياة اليومية. لكل واحدة صفحتها: التعريف والتحويل والأجهزة وقواعد الكتابة. بـ36 لغة.
الضغط: الوحدات ودواعيها
مقدار واحد، عشرة مقاييسالوحدات الأساسية للنظام الدولي
كيلوغرام، متر، ثانيةلغة الصفحة
36 لغة. الرمز atm عالمي، أما المقاييس المألوفة فليست كذلك: في الترجمة تُواءَم الجداول مع الممارسة المحلية.