Mkandamizo wa angahewa
atm — kipimo nje ya SI · kipimo cha: mkandamizo · 101 325 Pa kamili
Wachimba visima wa Florence walilalamika kwamba hakuna pampu inayoinua maji zaidi ya mita kumi na nusu, hata wajitahidi kiasi gani. Galileo alitania kwamba yaonekana hofu ya maumbile dhidi ya ombwe inakwisha. Mwanafunzi wake Torricelli aliamua kulichunguza kwa uzito na akabadilisha maji kuwa zebaki — nzito mara kumi na nne, hivyo nguzo itakuwa fupi na itatosha juu ya meza. Zebaki ndani ya bomba lililozibwa ilisimama katika sentimita sabini na sita, na juu yake likabaki ombwe ambalo halikupaswa kuwepo. Basi pampu haivuti chochote: hewa ndiyo inayosukuma maji ndani ya bomba, na inasukuma kwa nguvu ile ile ambayo nguzo hii inaweza kuilinganisha. Tunaishi, aliandika Torricelli, tukiwa tumezama chini ya bahari ya hewa.
01 · Ufafanuzi
Mkandamizo wa angahewa ni kipimo cha mkandamizo nje ya SI, sawa kabisa na paskali 101 325. Namba hii haikupimwa bali iliamuliwa: ni mkandamizo wa nguzo ya zebaki yenye kimo cha 760 mm katika nyuzi sifuri na mvutano wa kawaida wa uvutano, uliohesabiwa mara moja na tangu 1954 kuthibitishwa kama ufafanuzi.
Angalia lililotokea kwa mantiki. Mwanzoni kipimo kilikuwa kitu: nguzo ya zebaki ambayo unaweza kuimimina, kuipima kwa rula na kuiona kwa macho. Kisha kitu hicho kikahesabiwa kupitia msongamano wa zebaki na nguvu ya uvutano, ikapatikana namba ya tarakimu tano — na namba yenyewe ikatangazwa kuwa kipimo. Baada ya hapo zebaki haikuhitajika tena: kama kesho itabainika kuwa msongamano wake unajulikana kwa usahihi zaidi kidogo, mkandamizo wa angahewa hautatikisika, kwa sababu tayari si suala la zebaki.
Kinachodanganya katika kipimo hiki ni nusu ya pili tu ya jina. Angahewa «ya kawaida» haisemi lolote kuhusu yanayotokea nje ya dirisha: mkandamizo halisi usawa wa ardhi hutangatanga kutoka hektopaskali 870 katika jicho la kimbunga hadi 1085 juu ya Siberia ya majira ya baridi, na kupatikana kwa angahewa moja kamili, kwa usemi mkali, ni bahati tu. Hiki ni kiwango cha kurejea, si kipimo: ujazo wa gesi hurudishwa kwake, viwango vya kuchemka huhesabiwa kutoka kwake, vipimio vya mkandamizo hurekebishwa kwa kutumia hicho — na kwa mazoea huitwa «mkandamizo wa kawaida», ingawa mkandamizo wa kawaida haupo katika maumbile.
Kutoka namba hii iliyothibitishwa hutokea hesabu yote ya ukurasa huu: angahewa ni kubwa mara 760 kamili kuliko milimita ya nguzo ya zebaki, mara 1.013 25 kuliko bar, na mara 1.033 kuliko angahewa ya kiufundi — ile «at», yaani kilogramu-nguvu kwa sentimita mraba, ambayo hadi leo huchanganywa na ile halisi. Tofauti kati yao ni asilimia tatu: inatosha kuharibu hesabu, na ni ndogo mno kuonekana kwenye kipimio.
Angahewa moja ni tani kumi na kilogramu mia tatu thelathini za hewa zilizosimama juu ya kila mita mraba: mabegani mwa mtu mzima takriban kilogramu mia sita, kiganjani mia moja na hamsini. Haituponda kwa sababu inasukuma kutoka nje na kutoka ndani vilevile — lakini ondoa nusu yake upande mmoja, na tofauti hiyo inakuwa nguvu inayohisika kabisa. Kikombe cha kufyonza, mrija, kinyanyua-kioo cha ombwe na kifua wakati wa kuvuta pumzi vyote hufanya kazi kwa kanuni ile ile: punguza mkandamizo kidogo upande mmoja na iachie angahewa yenyewe ifanye kazi.
02 · Ubadilishaji
Ingiza thamani — ukurasa huu utaibadilisha kuwa vipimo vingine
Familia tatu: mizani ya mkandamizo yenyewe, vitu tunavyovifahamu chini ya mkandamizo huo, na hali za kawaida zinazowekwa na angahewa.
Mtego mkuu haupo kwenye vizidishi, bali katika kile tunachohesabu kutoka kwake. Kipimio cha nyumbani — cha tairi, cha kibano cha hewa, chochote chenye sindano — huonyesha mkandamizo wa geji, yaani tofauti na hewa inayozunguka; «mbili na nusu kwenye tairi» maana yake tatu na nusu kamili. Fomula za sheria za gesi, viwango vya kuchemka na uyeyukaji huhitaji mkandamizo kamili. Kutoka hapo ndipo yalipotokea mahuruf mawili katika orodha za Kiingereza, psig na psia, na kutoka hapo pia hutokea nusu ya hesabu zilizoharibika: kuvichanganya kunamaanisha kukosea kwa angahewa moja kamili, ambayo katika mkandamizo mdogo ni kubwa kuliko kile kinachopimwa chenyewe.
| Uandishi | Maana yake | Thamani | Inapatikana wapi |
|---|---|---|---|
| atm | angahewa ya kawaida | 1.0000 | kemia, kupiga mbizi |
| Pa | paskali, kipimo cha SI | 101325 Pa | viwango na mahesabu |
| kPa | kilopaskali | 101.325 | matairi, uhandisi katika SI |
| bar | bar | 1.01325 | haidroliki, kupiga mbizi |
| hPa | hektopaskali, yaani milibar | 1013.3 | taarifa za hali ya hewa |
| mmHg | tor | 760.00 | tiba, teknolojia ya ombwe |
| at | kiufundi, kgf/cm² | 1.0332 | nyaraka za zamani |
| psi | pauni kwa inchi mraba | 14.696 | uhandisi wa Kiingereza-Kimarekani |
| mmHg | Shinikizo la damu | 101325 Pa | 120 mm — la juu kwa mtu mzima mwenye afya |
| bar | Tairi la gari | 101325 Pa | 2.5 bar kwenye kipimio |
| atm | Mtungi wa kupiga mbizi | 101325 Pa | angahewa 200 katika mtungi wa chuma |
| hPa | Taarifa ya hali ya hewa | 101325 Pa | 1013 hPa usawa wa ardhi |
| atm | Hali za kawaida za IUPAC | 101325 Pa | 1 bar tangu 1982, kabla yake angahewa |
| kPa | Hali za kawaida | 101325 Pa | 101.325 kPa na 0 °C |
| mmHg | Urekebishaji wa barometa | 101325 Pa | 760 mm kwa 0 °C na g₀ |
Ubadilishaji ni sahihi kabisa: vipimo hivi vyote vimefafanuliwa kupitia paskali kwa vizidishi kamili, wala hakuna hata kimoja kinachorekebishwa kwa majaribio. Namba pekee hai katika jedwali ni hektopaskali: inalingana na milibar, na kwa sababu hiyo sayansi ya hali ya hewa ilibadilisha kipimo bila kuwafundisha upya waangalizi wala kuchora ramani upya.
03 · Vipeo vya ukubwa
logarithimu ya desimali ya mkandamizo, kwa angahewaEneo linalokalika na teknolojia ya kila siku
04 · Vifaa vya kupima
Mkandamizo wa hewa hupimwa kwa nini
Bomba la kioo la mita moja, lililozibwa upande mmoja, lililojazwa zebaki na kupinduliwa ndani ya bakuli: zebaki hushuka hadi isimame katika kimo cha usawa, na juu yake hubaki ombwe la Torricelli — ombwe la kwanza lililotengenezwa kwa mikono. Kifaa hiki ni sahihi bila dosari na kero kabisa: ni zito, halivumilii kuinamishwa, na huhitaji marekebisho kwa halijoto ya zebaki na uvutano wa mahali. Kwa upande mwingine hakihitaji urekebishaji — rula yenyewe ndiyo mizani.
Kanuni ile ile, lakini iliyoinuliwa hadi kiwango cha sayansi ya vipimo: bakuli limefungwa chini kwa mfuko wa ngozi, na kwa skrubu usawa wake huletwa kila mara kwenye sifuri ya mizani — kwenye ncha ya pembe ya ndovu ambayo inapaswa kugusa kivuli chake katika zebaki kwa shida. Ndipo tu kilele cha nguzo husomwa kwa vernier, hadi sehemu ya kumi ya milimita. Kwa barometa za aina hii mkandamizo uliwekwa kwenye meza za urekebishaji hadi katikati ya karne ya ishirini, na kutoka kwa visomo vyao — vilivyorudishwa katika nyuzi sifuri na uvutano wa kawaida — ndipo namba 101 325 ilipozaliwa.
Badala ya zebaki, kisanduku bapa chenye mikunjo ambacho hewa yake imetolewa: hubonyea kidogo mkandamizo unapopanda na hunyooka unaposhuka. Mwendo wa ukuta wake ni sehemu za kumi za milimita, na ujanja wote wa kifaa upo katika mikono ya kunyanyua inayokuza mwendo huo hadi kufikia mzunguko wa sindano. Aneroidi unaweza kuibeba, kuiangusha na kuitundika ukumbini, lakini kwa muda huanza kudanganya: chemchemi huchoka, na hivyo inabidi ilinganishwe na ile ya zebaki. Hivyo ndivyo kipimo kile kile kilipata kifaa «sahihi» na kifaa «rahisi».
Ndani ya simu huishi utando wa silikoni wenye ukubwa wa chembe ya mchanga: hujipinda chini ya mkandamizo, na pamoja na mpindano hubadilika uwezo au ukinzani wa vipimo vya mnyumbuko vilivyo kwenye ukingo wake. Usikivu ni takriban paskali kumi, yaani chini ya mita moja ya kimo, na ndiyo maana kiongozi cha njia hutofautisha ghorofa ya kwanza na ya tatu. Barometa duniani sasa ni nyingi kuliko vipimajoto, na visomo vyao, vilivyokusanywa kutoka mamilioni ya simu, tayari huingizwa katika mifano ya utabiri wa hali ya hewa.
05 · Kanuni za uandishi
Herufi ndogo tatu na sharti moja
Kipimo hiki hakikupewa jina la mtu, kwa hiyo alama yake huandikwa kwa herufi ndogo; viambishi awali havijaunganishwa nayo.
Herufi kubwa «A» hupatikana katika orodha za vifaa vya kuagiza kutoka nje na daima humaanisha uzembe, si kipimo kingine. Bar hutofautiana na angahewa kwa asilimia 1.3 na iliingizwa hasa ili kupata idadi nzima ya paskali; sayansi ya hali ya hewa iliiacha angahewa kwa faida yake tangu miaka ya thelathini, na taarifa hutolewa kwa hektopaskali ambazo kwa namba ni sawa na milibar. «At» ya kiufundi ni kilogramu-nguvu kwa sentimita mraba, ni ndogo kwa asilimia tatu kuliko ile halisi, na katika nyaraka za zamani hupatikana mara nyingi zaidi kuliko atm. Mstari wa mwisho kulia unahusu kinachokosekana: bila alama ya «kamili» au «geji», namba ya mkandamizo haijakamilika, na hilo ndilo sharti pekee lisiloweza kuachwa.
07 · Sehemu ya kihistoria
Jinsi ombwe lilivyokuwa kipimo
Jaribio lilichukua dakika moja, lakini lilijadiliwa kwa miaka ishirini: juu ya zebaki ndani ya bomba palikuwa na ombwe ambalo, kwa imani ya wote, halikuweza kuwepo. Torricelli alieleza yote kwa mpigo: nguzo hushikiliwa na uzito wa hewa, na kimo chake si cha kudumu — kilibadilika siku hadi siku. Kifaa kilichobuniwa kwa ajili ya mjadala wa kifalsafa mara moja kikawa mtabiri wa hali ya hewa, na hii ndiyo hali pekee ambapo sayansi ya hali ya hewa ilizaliwa kutoka kwenye ombwe.
Blaise Pascal alifikiri hivi: kama hewa ndiyo inayoshikilia nguzo, basi mlimani hewa ni chache na nguzo lazima ishuke. Yeye mwenyewe alikuwa dhaifu mno kiafya, hivyo juu ya Puy de Dôme alipanda shemeji yake Florin Périer akiwa na mabomba mawili: moja aliliacha chini ya mlima chini ya uangalizi wa mtawa, jingine alilipandisha juu. Kileleni zebaki ilishuka inchi tatu na mstari mmoja. Mjadala ukaisha: hewa ina uzito, na uzito huo hupungua kadri unavyopanda.
Meya wa Magdeburg, Otto von Guericke, aliunganisha nusu-tufe mbili za shaba, akatoa hewa kwa pampu yake mwenyewe na akaomba jozi za farasi zizipasue. Farasi wanane kila upande hawakuweza; katika kipenyo cha nusu mita angahewa ilikuwa ikishikilia tufe hilo kwa nguvu ya takriban tani mbili. Hesabu iko wazi kwa yeyote anayeweza kuzidisha eneo kwa mkandamizo, lakini onyesho lile lilieleza jambo hilo vizuri kuliko utoaji wowote wa fomula — na likaingia katika vitabu vya shule kwa karne nne.
Kufikia katikati ya karne ya ishirini jambo lisilofaa lilijitokeza: ufafanuzi kupitia milimita 760 za zebaki ulikokota pamoja nao msongamano wa zebaki na uvutano wa mahali, huku vipimo hivyo viwili vikizidi kuwa sahihi zaidi. Mkutano wa Kumi wa Jumla wa Vipimo na Uzani ulikata fundo hilo, ukitangaza kwamba kwa ufafanuzi angahewa ni sawa na paskali 101 325. Kipimo kilipoteza uhusiano wake na maada na kikawa kizidishi tu — kwa mbinu ile ile ambayo baadaye mita, na kisha kilogramu, vilitenganishwa na vitu vyake.
Kipimo kilichofutwa lakini hakikuweza kuondolewa
Angahewa haimo katika SI wala matumizi yake hayapendekezwi: mkandamizo una paskali yake, na kwa thamani kubwa una viambishi vyake. Hata hivyo kipimo hiki hudumu pale ambapo si namba inayohesabika, bali kulinganisha na hewa iliyo nje ya dirisha. Mwanakemia huandika «mmenyuko kwa 3 atm» kwa sababu kwake muhimu ni mara ngapi zaidi ya mkandamizo wa hewa; mpiga mbizi huhesabu kina kwa angahewa kwa sababu kila mita kumi za maji huongeza moja kamili, na huo ndio uhesabuji rahisi zaidi katika kazi yake; kipimio cha tairi kimegawanywa kwa bar na atm, kwa kuwa tofauti kati yao ni ndogo kuliko kosa la kifaa. Kitendawili cha sayansi ya vipimo kipo hapa: baada ya 1954 angahewa iliacha kuwa kipimo na ikawa kizidishi kamili — yaani hasa kile ambacho ni rahisi kutumia, na hasa kile ambacho hakiwezi kuthibitishwa kwa majaribio. Kinachoweza kuthibitishwa ni barometa, si kipimo; na barometa iliyorekebishwa kwa paskali itaonyesha angahewa moja kamili kwa bahati nadra tu. Ndugu zake walipata hatima kama hiyo: milimita ya nguzo ya zebaki nayo imefafanuliwa kupitia paskali na nayo ingali hai — katika tiba, ambako hupimwa nayo shinikizo la damu, wala hakuna pendekezo lililobadilisha hilo.
Orodha · vipimo vya kupimia
Ukurasa kwa kila kipimo
Vipimo saba vya msingi vya SI, vipimo ishirini na viwili vinavyotokana vyenye majina yake, na vipimo vya nje ya SI ambavyo si teknolojia wala maisha ya kila siku vinaweza kuvikosa. Kila kimoja kina ukurasa wake: ufafanuzi, ubadilishaji, vifaa vya kupima, kanuni za uandishi. Katika lugha 36.
Mkandamizo: vipimo na sababu zake
kipimo kimoja, mizani kumi hiviVipimo vya msingi vya SI
kilogramu, mita, sekundeLugha ya ukurasa
Lugha 36. Alama atm ni ya kimataifa, lakini mizani tuliyoizoea si hivyo: katika tafsiri majedwali hurekebishwa kulingana na desturi za mahali.