متى تم اكتشاف ضغط الهواء - Air Pressure

• سنة الاكتشاف 1640م

ما هو اكتشاف الضغط الجوي؟

• إن للهواء (الجو) وزناًً وضغطاًً يسلطه علينا

من هو مكتشف الضغط الجوي؟

• ايفانجيليستا توريتشيلي Evangelista Torricelli

لماذا يُعد اكتشاف الضغط الجوي ضمن أعظم 100 اكتشاف في التاريخ؟

من الواضح للوهلة الأولى بأنها مجرد ملاحظة بسيطة، إن للهواء وزناً وضغطاً، يسلطه علينا. ولكننا لا نحس بتأثير هذا الوزن علينا لأنه لطالما كان جزءا ًمن عالمنا. الأمر ذاته ينطبق على العلماء الأوائل ممن فاتهم جميعاً قياس وزن الهواء والضغط الجوي.

کا ن اكتشاف إيفانجيليستا تورتشيللي مدخلاً لدراسة جادة للطقس والجو، وأرسی الأسس التي أفادت نیوتن وغيره من العلماء في دراساتهم للجاذبية. كما ومهّد لتوريتشيللي نفسه فيما بعد لتقديم مفهوم الفراغ vacuum واختراع البارومتر - الأداة الأساسية والأكثر أهمية لدراسة الطقس.

كيف تم اكتشاف الضغط الجوي؟

في أحد أيام تشرين الأول (أكتوبر) الصافية من عام 1640م، أجرى غاليليو تجربة حول مضخة الامتصاص، وذلك عند بئر عام بالقرب من ميدان سوق فلورنسا الإيطالية. فقام العالم المشهور بغمس أنبوب طويل في مياه البئر القائمة.

ومن البئر مُدّ أنبوب غاليليو نحو الأعلى ليلتف حول حزمة خشبية متشابكة على ارتفاع ثلاثة أمتار فوق جدار البئر، وينزل نحو الأسفل حيث تستقبله مضخة يدوية يتحكم بها اثنان من معاونيه: ایفنجيليستا توریتشيللي Evangelista Torricelli البالغ من العمر اثنين وثلاثين عاماً وابن تاجر ثري والعالم الطموح، والثاني كان جيوفاني بالياني Giovanni Baliani، وهو الآخر عالم فيزيائي إيطالي.

قام توريتشيللي وبالياني بضخ مقود المضخة الخشبي ماصين الهواء من أنبوب غاليليو ببطء وساحبين في الوقت ذاته الماء لمستوى أعلى ضمن الأنبوب. واستمراً بالضخ لحين تسطح الأنبوب و كأنها قشة مبلولة دُست عليها. لكن بغض النظر عن مقدار ما كانا يبذلان من جهد، لم يكن الماء ليرتفع أكثر من9.7 م فوق مستوى سطح الماء بالبئر، وتكررت هذه النتيجة بتكرار أداء التجربة.

افترض غاليليو حينها بأن وزن عمود الماء في الأنبوب كان السبب - بطريقة ما - وراء إرجاع مستواه إلى ذلك الحد كلما حاولوا رفعه أكثر.

لكن لغز أنبوب الامتصاص ظل يحير توریتشيللي الذي عاود التفكير فيه بجدية سنة 1643م. فلو كان غاليليو صائباً، فإنه يفترض لسائل أثقل أن يصل لنفس الوزن الحرج وبالتالي ينخفض مستواه لحد أدنى.

فوزن الزئبق كان 13.5ضعف وزن لماء، وعليه لا يفترض لعمود الزئبق أن يرتفع أكثر من 13.5/1من ارتفاع عمود الماء أو ما يقارب 30 إنشاً (76.2 سم).

قام توريتشيللي بملأ أنبوب زجاجي طوله 6 أقدام (182سم) بالزئبق السائل، وسد النهاية المفتوحة بقطعة قطن. ثم قلب الأنبوب وغمس النهاية المسدودة في حوض يحتوي على الزئبق السائل قبل رفعه للسدادة. وكما توقع، انساب الزئبق من الأنبوب إلى الحوض، ولكن ليس جميعه.

و كان قياس ارتفاع العمود المتبقي للزئبق 30 إنشاً- تماماً كما توقع توریتشيللي. ولكن استمر توریتشيللي في افتراض أن اللغز يكمن في الفراغ الذي تركه فوق عمود الزئبق.

وفي اليوم التالي، وبينما كانت الريح وقطرات المطر الباردة ترتطم بنوافذ بيته، أعاد توریتشيللي تجربته هدف دراسة الفراغ فوق مستوى الزئبق. ولكن المثير للدهشة أن عمود الزئبق ارتفع إلى مستوى 29 إنشاً (73.6 سم)، في وقت افترض فيه توریتشيللي أن يكون الارتفاع ثابتاً! ما الذي اختلف اليوم عن البارحة؟ تمعن توريتشيللي في التفكير بهذا اللغز الجديد في حين استمر المطر في ضرباته على نافذة الغرفة دون رحمة.

ما أختلف ذاك اليوم كان الجو- الطقس؛ توقف تفكير توريتشيلي على فكرة ثورية جديدة تماماً. إن للهواء نفسه وزناً. إن الجواب الحقيقي للغز مضخة الامتصاص لا يكمن في وزن السائل ولا في الفراغ الذي يعتليه، بل في وزن الهواء الجوي الضاغط عليه من الأعلى.

أدرك توريتشيللي، إذن، بأن وزن الهواء في الجو قد ضغط على الزئبق في الحوض الذي يحتويه، مما أدى إلى دفع الزئبق داخل الأنبوب. فوزن الزئبق في الأنبوب يجب أن يساوي تماماً وزن الهواء الخارجي المسلط على الزئبق في الحوض.

 بتغير وزن الهواء الخارجي، فإنه سيدفع بالزئبق الموضوع في الحوض أقل أو أكثر بقليل وبالتالي سيغير ارتفاع الزئبق في الأنبوب لمستوى أدي او أعلى بقليل. فالتغير بالطقس لا بد أن يغير وزن الهواء الخارجي.

لقد اكتشف توريتشيللي الضغط الجوي وقدم طريقة لقياسه ودراسته.