آیا تا به حال پیش بینی آب و هوا را از تلویزیون تماشا کرده اید؟ اگر چنین است، احتمالاً متوجه حروف “H” و “L” در حال حرکت در نقشه آب و هوا شده اید. آنها اغلب به عنوان مناطق “فشار بالا” (H) و “فشار پایین” (L) نامیده می شوند. فشاری که آنها از آن صحبت می کنند فشار اتمسفر است. تغییرات فشار هوا می تواند تغییرات کوتاه مدت آب و هوا را پیش بینی کند. اما چگونه می توان فهمید که فشار هوا تغییر می کند یا بالا یا پایین؟ دانشمندان ابزاری به نام فشارسنج ساخته اند که می تواند فشار اتمسفر را اندازه گیری کند. در این فعالیت شما با ساختن یک فشارسنج خود متوجه خواهید شد که چگونه فشارسنج کار می کند!
مفاهیم کلیدی
فیزیک
آب و هوا
هوا
فشار جو
زمینه
زمین توسط لایه ای از هوا به نام جو احاطه شده است. ضخامت جو حدود 300 مایل است و بیشتر آن در 10 مایلی سطح زمین قرار دارد. هوا از مولکول های گازی مانند نیتروژن، اکسیژن و دی اکسید کربن تشکیل شده است. همه این مولکول ها بر روی زمین فشار می آورند و این فشار را فشار هوا یا فشار اتمسفر می نامند.
شاید تعجب کنید که بدانید هوا وزنی دارد، اگرچه آن را احساس نمی کنید. ما طوری تکامل یافته ایم که فشار داخل بدن ما با فشار اتمسفر خارجی مطابقت داشته باشد. با این حال، می توانید تغییرات فشار اتمسفر را احساس کنید. به عنوان مثال، اگر با هواپیما پرواز می کنید، ممکن است گوش های شما شروع به درد کند. زیرا در ارتفاع بالا فشار داخلی شما بیشتر از فشار خارجی است. تنها زمانی که هر دو فشار را با «پاپ کردن» کردن گوشهایتان متعادل کنید، آنها دیگر درد نمیکشند.
فشار اتمسفر در سطح دریا در بالاترین حد است و هنگامی که به سمت اتمسفر بالا می روید کاهش می یابد. در سطح دریا فشار معمولی هوا بین 800 تا 1050 میلی بار است. در بالای قله اورست فشار هوا حدود 30 درصد کمتر است! فشار هوا با ارتفاع و دما تغییر می کند. هوای گرم که چگالی کمتری دارد بالا می رود و در نتیجه فشار هوا کمتر می شود. وقتی بالا آمد خنک می شود و به بخار آب تبدیل می شود و سپس به مایع متراکم می شود. این منجر به تشکیل ابر و باران می شود. بنابراین، فشار کم معمولاً با هوای ابری و بارانی همراه است. از طرف دیگر هوای سرد با چگالی بالا باعث افزایش فشار هوا می شود. با فرو رفتن هوای سرد خشک می شود و باعث ایجاد شرایط آب و هوایی گرم و خشک در مناطق پرفشار می شود.
اکنون که می دانیم فشار هوا چگونه می تواند به پیش بینی آب و هوا کمک کند، هنوز باید دریابیم که چگونه فشار هوا را اندازه گیری کنیم. برای انجام این کار، دانشمندان فشارسنج را توسعه داده اند. انواع مختلفی از فشارسنج ها وجود دارد. یکی از آنها فشارسنج مبتنی بر آب است: آب در یک ظرف شیشه ای با یک دهانه باریک که بیرون را به داخل متصل می کند، بسته می شود. هنگامی که فشار هوای بیرون افزایش مییابد، به سمت آب در دهانه فشار میآورد و در نتیجه سطح آب کاهش مییابد. هنگامی که هوای کمتری (فشار هوای کمتر) به آب داخل دهانه فشار می آورد، سطح آب بالا می رود. در این فعالیت شما یک تغییر از این فشارسنج را خواهید ساخت. به نظر شما می تواند هوای فردا را پیش بینی کند؟
اقلام لازم
ظرف شیشه ای مقاوم در برابر حرارت
نوار لاستیکی که در اطراف دهانه شیشه قرار می گیرد
بالون
سیخ چوبی
قیچی
نوار
کاغذ
خودکار
سه کاسه
آب لوله کشی (گرم و سرد)
تکه های یخ
دستمال توالت
آماده سازی
دهانه بادکنک را ببرید و دور بیندازید، سپس تکه بادکنک باقیمانده را به دور دهانه ظرف شیشه ای بکشید و آن را محکم بپیچید.
بادکنک را با کش روی شیشه محکم کنید.
انتهای سیخ چوبی را به صورت صاف به بالای بادکنک بچسبانید و نوک آن به سمت شیشه باشد.
کاسه اول را با آب دمای اتاق، کاسه دوم را با آب داغ (مراقب آب داغ باشید و در صورت لزوم از بزرگسالان کمک بگیرید) و کاسه سوم را با آب یخ پر کنید.
فشارسنج خود را نزدیک دیواری قرار دهید که سیخ موازی با دیوار باشد.
یک تکه کاغذ پشت فشارسنج روی دیوار بچسبانید.
روی کاغذ خطی بکشید که با نوک سیخ یکطرفه شود.
محل قرارگیری فشارسنج را علامت بزنید. بعداً در طول فعالیت باید آن را در همان نقطه قرار دهید.
روش کار
فشارسنج را بردارید و ظرف شیشه ای را با آب داغ داخل کاسه قرار دهید. آب نباید فراتر از نوار لاستیکی برسد. در مورد فشارسنج چه چیزی مشاهده می کنید؟ آیا متوجه تغییراتی می شوید؟ اگر بله، چه نوع تغییراتی؟
بعد از یک دقیقه فشارسنج را از آب خارج کنید، سریع آن را خشک کنید و در همان نقطه نزدیک به دیواری که کاغذ را چسبانده اید قرار دهید. یک خط دیگر روی کاغذ بکشید تا با نوک سیخ یکدست شود. نکته الان کجاست؟ فشارسنج چگونه تغییر کرد؟
فشارسنج را در کاسه ای با آب با دمای اتاق قرار دهید. دوباره ببینید چه اتفاقی می افتد. حدود 10 دقیقه آن را در کاسه نگه دارید. بعد از 10 دقیقه فشارسنج چه تفاوتی با قبل دارد؟
بعد از 10 دقیقه فشارسنج را در جای خود کنار دیوار قرار دهید و یک خط دیگر روی کاغذ در جایی که سیخ نشان می دهد ایجاد کنید. این بار متوجه چه چیزی می شوید؟
سپس فشارسنج را برای حدود یک دقیقه داخل کاسه آب یخ قرار دهید. چه اتفاقی برای فشارسنج در آب یخ می افتد؟ چه تفاوت هایی را متوجه می شوید؟
دوباره فشارسنج را در مقابل نمودار کاغذی خود قرار دهید و یک خط دیگر را در جایی که نوک سیخ نشان می دهد، ایجاد کنید. می توانید مشاهدات خود را توضیح دهید؟
فشارسنج را در کاسه ای با آب دمای اتاق قرار دهید و یک بار دیگر مراحل را تکرار کنید. نوک سیخ این بار به کجا اشاره می کند؟ چرا؟
اضافی: آزمایشات خود را با دماهای مختلف آب تکرار کنید. نتایج شما با سایر دمای آب چگونه تغییر می کند؟
اضافی: فشارسنج خود را برای اندازه گیری فشار اتمسفر بیرون ببرید. روی کاغذ دیگری مقیاسی را که شبیه خط کش است بکشید. سپس نمودار را در کنار فشارسنج قرار دهید تا خط وسط با نوک سیخ در یک ردیف قرار گیرد. فشارسنج را برای چند روز بیرون بگذارید و هر روز مشخص کنید که سیخ به کجا می رود. وقتی نوک در ترازو شما به سمت بالا یا پایین حرکت می کند به چه معناست؟
مشاهدات و نتایج
آیا توانستید تغییر فشار هوا را با فشارسنج اندازه گیری کنید؟ در این فعالیت شما در واقع تغییرات فشار هوا را در داخل ظرف شیشه ای اندازه گیری کردید – نه تغییر فشار اتمسفر خارجی. از آنجایی که خودمان نمی توانیم فشار اتمسفر خارجی را تغییر دهیم، فشار هوا را در داخل شیشه تغییر دادیم تا نشان دهیم فشارسنج بالون چگونه کار می کند.
وقتی ظرف شیشهای را با بادکنک می بندید، فشار هوای خاصی در داخل ظرف شیشه ای وجود دارد. نوک سیخ چوبی باید کاملاً با قسمت بالای ظرف شیشه ای همسطح باشد زیرا سطح بادکنک بسیار صاف است. اما وقتی ظرف شیشهای را در آب داغ قرار می دهید، هوای داخل شیشه گرم شده و منبسط می شود. از آنجایی که کوزه با بادکنک بسته شده است، جایی برای فرار ندارد و بالون شروع به برآمدگی می کند. این به این دلیل است که فشار هوا در داخل شیشه افزایش می یابد و به بادکنک فشار می آورد. در نتیجه سیخ چوبی به سمت پایین می رود. خطی که ساخته اید باید زیر خط اصلی باشد.
هنگامی که بالون را در آب با دمای اتاق قرار می دهید، هوا در حال خنک شدن به دمای اتاق قبلی است، بنابراین بادکنک شما باید دوباره صاف شود. در عین حال سیخ چوبی باید با خط اصلی شما هماهنگ باشد. وقتی شیشه شیشه ای را در آب یخ قرار می دهید برعکس این اتفاق می افتد. با سرد شدن هوای داخل شیشه بیشتر منقبض می شود و بادکنک را به داخل شیشه می کشد. این باعث می شود که سیخ چوبی به سمت بالا باشد. خطی که برای آب یخ ساخته اید باید بالاتر از خط اصلی شما باشد. در آب با دمای اتاق، بادکنک و سیخ چوبی باید به حالت اولیه خود برگردند.
اگر فشار هوای خارجی را با فشارسنج اندازه گیری کنید، برعکس این اتفاق میافتد: سیخ با افزایش فشار اتمسفر به سمت بالا اشاره می کند، زیرا هوای بیرون شیشه به سمت بالون فشار می آورد. با کاهش فشار اتمسفر، سیخ چوبی به سمت پایین خواهد رفت. علامتگذاری محل سیخ چوبی هر روز می تواند به شما بگوید که انتظار چه آب و هوایی را دارید!
منبع: SA
دیدگاه خود را ثبت کنید
تمایل دارید در گفتگوها شرکت کنید؟در گفتگو ها شرکت کنید.