الباسكال
وحدة SI مشتقة · المقدار: الضغط، الإجهاد الميكانيكي
01 · التعريف
الضغط الذي تحدثه قوة مقدارها نيوتن واحد موزعة بانتظام على متر مربع. الوحدة ضئيلة إلى حد بعيد: الجو من حولنا مئة ألف باسكال.
صِغَر الباسكال ليس نقصاً بل نتيجة بناء أمين للنظام: فهو مركّب من النيوتن والمتر بلا معاملات تلفيق. والعمل يستعين بالبادئات — هكتوباسكال في نشرة الطقس، وكيلوباسكال في التهوية، وميغاباسكال في الهيدروليك، وغيغاباسكال في علم المواد. أما الخاصية الأهم لهذا المقدار فهي في مكان آخر: الضغط لا يتوقف على القوة بل على المساحة التي حطّت عليها تلك القوة. المرأة نفسها تترك أثراً في الباركيه بكعب رفيع ولا تترك أثراً بحذاء رياضي، لأن مساحة الارتكاز تختلف مئتي ضعف.
في سائل ساكن ينتقل الضغط بالقدر نفسه في كل اتجاه — وهذا بالذات ما اكتشفه باسكال نفسه. ومن هنا المكبس الهيدروليكي: تضغط اليد على المكبس الصغير، وعلى الكبير يعطي الضغط عينه، مضروباً في المساحة الأكبر، قوةً أكبر بعشرات المرات. الرافعة في السيارة والمكابح وكل مكبس تعيش على هذه القاعدة، وهي تفسّر في الوقت نفسه لماذا يتوقف الضغط في قاع الإناء على ارتفاع العمود وحده، لا على كون الإناء ضيقاً أو واسعاً.
02 · التحويل
باسكالات وبارات وأجواء وملّيمترات زئبق
ما من مهنة تستعمل الباسكال صِرفاً: الأرصاد تحسب بالهكتوباسكال، وأهل الإطارات بالبار، والأطباء بملّيمترات عمود الزئبق، والتقنية الأمريكية بالأرطال على البوصة المربعة.
الجو الفيزيائي معرَّف بأنه مئة وواحد ألف وثلاثمئة وخمسة وعشرون باسكالاً بالضبط — وهو ضغط عمود زئبق ارتفاعه سبعمئة وستون مليمتراً عند صفر درجة وتحت تسارع الجاذبية المعياري. والجو التقني شيء آخر: كيلوغرام-قوة على السنتيمتر المربع، ثمانية وتسعون ألفاً وستة وستون ونصف باسكال. الفرق ثلاثة في المئة، وفي لوحات المعدات السوفييتية القديمة يردان معاً.
| الوحدة | الاسم | القيمة | أين تُصادَف |
|---|---|---|---|
| Pa | الباسكال، وحدة SI | 101325 | الحسابات الفيزيائية |
| hPa | هكتوباسكال | 1013 | نشرة الطقس |
| kPa | كيلوباسكال | 101,33 | التهوية والطب |
| MPa | ميغاباسكال | 0,1013 | الهيدروليك والمتانة |
| GPa | غيغاباسكال | 1,013·10⁻⁴ | معامل مرونة المواد |
| N/m² | نيوتن على المتر المربع | 101325 | الشيء ذاته الذي هو الباسكال |
| bar | بار | 1,01 | التقنية والأرصاد قبل SI |
| atm | الجو الفيزيائي | 1 | الكيمياء، الشروط المرجعية |
| at | الجو التقني، kgf/cm² | 1,03 | لوحات المعدات السوفييتية |
| mmHg | ملّيمتر عمود الزئبق، التور | 760 | الطب وتقنية التفريغ |
| psi | رطل على البوصة المربعة | 14,7 | التقنية الناطقة بالإنجليزية |
| Ba | باري، نظام CGS | 1013250 | الصوتيات والفيزياء قبل SI |
النيوتن على المتر المربع والباسكال شيء واحد، والفرق في الكتابة فحسب. والهكتوباسكال يساوي عددياً المليبار، ولذلك لم يتطلب انتقال خبراء الأرصاد إلى SI تغيير الأرقام المألوفة
03 · رتب المقادير
من خلاء المسرّع إلى باطن الشمسمئة وواحد ألف وثلاثمئة وخمسة وعشرون — الجو عند مستوى سطح البحر
04 · أجهزة القياس
بم يُقاس الضغط
أنبوب أجوف مقطعه بيضوي، ملفوف على شكل قوس، ينزع تحت الضغط إلى الاستقامة، وتنتقل هذه الحركة عبر ذراع إلى المؤشر. اختُرع سنة 1849 ولم يتغير منذئذ إلا قليلاً: على كل ضاغط وكل أسطوانة غاز يجلس هو بعينه.
علبة مموّجة سُحب منها الهواء تنكمش وتتمدد تبعاً للجو؛ ويمنعها نابض من الانطباق. جهاز بلا قطرة زئبق واحدة — ومن هنا اسمه أنيرويد، أي بلا سائل.
غشاء محفور في السيليكون ينحني بمقدار ميكرومترات، وتغيّر المقاومات المدمجة فيه قيمتها. مثل هذه المجسّات موجودة في الهاتف والسيارة ومحطة الأرصاد، وثمنها أقل من مقياس ذي مؤشر.
عند الضغوط المنخفضة لم يعد ثمة غشاء يمكن ثنيه، فيُقاس على نحو آخر: بحسب الحرارة المنتزَعة من شعيرة محمّاة. وكلما خفّ الغاز ساء نقله للحرارة، ومن قدرة التسخين يُستدل على الضغط حتى أجزاء الألف من الباسكال.
05 · قواعد الكتابة
P كبيرة، a صغيرة
الرمز مشتق من اسم عائلة، ولذلك يبدأ بحرف كبير ويأتي الثاني صغيراً: Pa. وتُكتب البادئة ملتصقة بلا فراغ، الكيلو بحرف صغير، والميغا والغيغا بحرفين كبيرين: kPa وMPa وGPa. والرمز الروسي هو Па.
الحرف m الصغير يعني مِلّي، فتتحول الميغاباسكالات المكتوبة mPa إلى ميلّي باسكال — خطأ بمقدار مليار مرة. والمثال الثالث ناقص: التقنية تذكر دائماً تقريباً الضغط الزائد محسوباً من الجو، وبلا إشارة يبقى الرقم ملتبساً. ويُعلَّم الضغط المطلق بحرف a والزائد بحرف g، وهو ما يظهر في الوثائق الإنجليزية بصيغة psia وpsig.
06 · الوحدات المجاورة
البار مريح بقربه من الجو، والجو مشدود إلى عمود زئبق، والباسكال وحده هو المستخرَج من النظام بلا تلفيق.
مئة ألف باسكال
نيوتن على متر²
760 mm زئبق
في بطاقات Simetrium المجاورة: نيوتن، الذي بُني منه الباسكال، بار و جو بوصفها وحدات خارج SI للغرض نفسه، psi للتقنية الناطقة بالإنجليزية، و ملّيمتر عمود الزئبق للطب.
07 · القسم التاريخي
كيف أُقرّ أن للهواء وزناً
لحم تلميذ لغاليليو أنبوباً مملوءاً بالزئبق وقلبه في إناء: فهبط العمود إلى سبعمئة وستين مليمتراً وتوقف. وبقي فوقه خلاء كان العلم يعدّه حتى ذلك الحين مستحيلاً.
طلب بليز باسكال من صهره أن يحمل بارومتراً إلى قمة بركان في أوفيرن. فهبط عمود الزئبق ثمانية سنتيمترات: الهواء فوق الجبل يضغط أضعف مما يضغط فوق الوادي، وإذن للغلاف الجوي وزن.
كان المهندسون يحسبون بالكيلوغرام-قوة على السنتيمتر المربع، وأدخل خبراء الأرصاد البار والمليبار، وبقي الأطباء عند ملّيمترات الزئبق. والمقياس الواحد كان يحمل في البلدان المختلفة تدريجات مختلفة.
منح المؤتمر العام الرابع عشر الوحدةَ اسماً خاصاً بها، مع أنها كانت في النظام منذ الستين. وانتقل خبراء الأرصاد إلى الهكتوباسكال بلا ألم: فهو يساوي عددياً المليبار.
المطلق والزائد وما يظهره الجهاز
يكاد كل مقياس ضغط لا يقيس الضغط بل فرقاً: داخل الأنبوب مقابل خارجه. لذلك تشير العجلة المفرّغة إلى الصفر وفيها هواء، ويعطي جهاز الضغط المنزلي مئة وعشرين مليمتراً فوق سبعمئة وستين جوية. ويُحصل على الضغط المطلق بإضافة الضغط الجوي، وهو الذي يدخل في معادلات حالة الغاز — والخلط بين المرجعين يظل أكثر الأخطاء شيوعاً في الحسابات الحرارية. وثمة دقة خاصة تتعلق بعمود الزئبق: ارتفاعه يتوقف على كثافة الزئبق، وهي تتوقف على درجة الحرارة، لذلك ينص التعريف على صفر درجة وعلى تسارع الجاذبية المعياري. الطب يتجاوز هذا التصحيح، والمترولوجيا لا تتجاوزه، ومعايير الضغط الأولية تُبنى اليوم لا على الزئبق بل على موازين الضغط، حيث تحدد الضغطَ أثقالٌ معلومة الكتلة على مكبس مقيسة مساحته بدقة.
الدليل · وحدات القياس
بطاقة لكل مقدار
سبع وحدات أساسية في النظام الدولي، واثنتان وعشرون وحدة مشتقة لها أسماء خاصة، ووحدات خارج النظام لا تستغني عنها التقنية ولا الحياة اليومية. لكل وحدة ورقتها: التعريف، التحويل، الأجهزة، قواعد الكتابة. بـ 34 لغة.
وحدات دولية مشتقة لها أسماء خاصة
بطاقة الباسكال مفتوحةالوحدات الأساسية في النظام الدولي
باللون الطيني — الكيلوغرام والمتر والثانية، التي يتركب منها الباسكالوحدات خارج SI
باللون الطيني — وحدات ضغط من أنظمة أخرىلغة البطاقة
34 لغة. الرمز Pa دولي، أما الوحدة المألوفة في الحياة اليومية فتختلف: هكتوباسكالات في النشرة الأوروبية، وبوصات زئبق في الأمريكية، وملّيمترات زئبق في الروسية.