هناك تصاميم مختلفة وعديدة للبارومتر قد ترغب في محاولة صنعها أيضاً، لكن جميع تلك الأجهزة تعمل على المبدأ ذاته.
فالبارومتر الموصوف أدناه أبسط بكثير من الذي صنعته ضمن النشاط الرئيس. اصنع البارومتر المبين أدناه وقارنه مع البارومتر الذي صنعته أولاً. أيهما يعطي قراءة أكثر دقة؟
ستحتاج لصنع هذا البارومتر إلى:
– قارورة صودا بلاستيكية فارغة
– قلم تحديد بحبر قابل للتنظيف
– كوب كبير
– ماء
– ملونات طعام
خطوات العمل:
1- صبّ الماء في الكوب وأضف بعض القطرات من ملونات الطعام إلى الماء لأن ذلك سيجعلك ترى مستوى الماء بسهولة.
2– اقلب القارورة رأساً على عقب داخل الكوب وتأكد من أن الماء يدخل فتحة القارورة فقط. حدد مستوى الماء الذي دخل فتحة القارورة وذلك برسم خط على جانب الكوب بواسطة قلم التحديد. سجل الوقت والتاريخ بجانب الخط المرسوم.
3– سجل مستوى الماء عدة مرات كل يوم وتأكد من تحديد كل خط بتدوين الوقت والتاريخ. بإمكانك مسح هذه الخطوط والبدء من جديد كل بضعة أيام.
4- قِسْ مستويات الماء. ينبغي أن يرتفع مستوى الماء عندما يكون الضغط مرتفعاً، كما ينبغي أن يهبط مستوى الماء عندما يكون هناك ضغطاً منخفضاً. قارن قراءاتك مع نشرات الأحوال الجوية.
1– قص قطعة طويلة ضيقة من لوح الكرتون بعرض 3 بوصات (7.5 سم) وطول 8 بوصات (20 سم) تقريباً.
2- استخدم المسطرة والقلم لرسم خطوط على قطعة الكرتون بمسافة ربع بوصة (6 ملم) بين الخط والخط بحيث تبدأ على مسافة 3 بوصات (7.5 سم) من أسفل قطعة الكرتون، ثم رقّم تلك الخطوط بعد رسمها.
3- اثنِ قطعة الكرتون بمقدار 1 بوصة (2.5 سم) من الجهة السفلية كي يتكون لديك شكل حرف (L).
اصنع شقاً صغيراً بالمقص في مكان الانثناء (لأن ذلك سيسهل من لصق قطعة الكرتون). استخدم الشريط اللاصق لتثبيت قطعة الورق على طبق البلاستيك.
4- قص عنق البالون.
5- مدّد البالون وابسطه فوق الكوب كي يغطي فتحة الكوب كلها بشكل محكم.
6- قص مصاصة الشراب بحيث يصبح أحد طرفيها مدبب الرأس. ضع قليلاً من الصمغ على الطرف الآخر وثبته على البالون المشدود فوق فتحة الكوب.
تأكد من بروز مصاصة الشراب بمسافة لا تقل عن 5 بوصات (12.5 سم) من جانب الكوب.
7- ضع البارومتر على طبق البلاستيك بحيث يلامس طرف المصاصة المدبب البطاقة المحددة بالخطوط.
راقب البارومتر الذي صنعته عدة مرات كل يوم وسجل موقع مصاصة الشراب على الخطوط، بالإضافة إلى تسجيل الزمن في دفتر ملاحظاتك.
سجل القراءات اليومية المختلفة التي تظهر على البارومتر الذي صنعته. وينبغي أن تدوّن أيضاً في دفتر ملاحظاتك بجانب تلك القراءات حالة الطقس اليومية.
استخدم القياسين لمعرفة ارتباط قراءات الضغط بأحوال الطقس في منطقتك. هل انخفض الرقم المشير إلى الضغط لدى اقتراب العاصفة؟
هل ارتفع مؤشر الضغط عندما كان الطقس لطيفاً؟ انقل البارومتر من مكان إلى آخر. هل تلاحظ أيّ فرق فني تسجيل القراءات داخل المنزل أو خارجه؟
بعد أن أنجزت صنع جميع الأدوات الواردة في هذا الكتاب (مقياس الرطوبة ومقياس سرعة الريح ودوَّارة الريح والبارومتر) فقد أصبح لديك الآن المعدات التي يستخدمها المتنبئون الجويون وخبراء الأرصاد الجوية بشكل منتظم.
ومن خلال القياسات التي تسجلها يومياً بواسطة معداتك وتسجيل النتائج على فترة أسابيع أو شهور، تستطيع أن تكوّن صورة تفصيلية عن أنماط الطقس في منطقتك.
استخدم هذه المعلومات في التنبؤ بأحوال الطقس، ثم قارن تنبؤاتك وتوقعاتك بأحوال الطقس مع نشرات الأحوال الجوية التي يبثها التلفزيون أو المنشورة في الصحف أو على شبكة الإنترنت.
هل تجد أن تنبؤاتك بأحوال الطقس أكثر أم أقل دقة من تنبؤات خبراء الأرصاد الجوية المحترفين؟
تحليل النشاط:
في النشاط الرئيس يكون الهواء داخل الكوب معزولاً عن الهواء الخارجي، لذلك لا يتغير الضغط داخل الكوب، وبالتالي عندما يزداد ضغط الهواء الخارجي فإنه يبذل قوة دافعة نحو الأسفل على سطح البالون، وهذا يسبب ارتفاع مصاصة الشراب الملصقة على سطح البالون.
عندما يهبط ضغط الهواء ثانية تعود المصاصة لتهبط بدورها أيضاً.
يعمل البارومتر في نشاط المتابعة بالطريقة ذاتها، فعندما يكون ضغط الهواء مرتفعاً فإنه يبذل دفعاً باتجاه الأسفل على الماء الموجود في الكوب، ما يؤدي إلى دفع مزيد من الماء داخل القارورة، لذلك فإن مستوى الماء المرتفع في القارورة يعني ضغطاً جوياً مرتفعاً.
وعندما يكون ضغط الهواء منخفضاً لا يتمكن من دفع الماء الموجود في الكوب بقوة ملحوظة، ما يؤدي إلى دخول كمية أقل من الماء إلى القارورة.
إذا قمت برحلة للتخييم على الجبال فقد ترغب في أخذ أحد أجهزة البارومتر التي صنعتها من أجل قياس الضغط الجوي في المرتفعات العالية، فكلما توجهت إلى ارتفاع أكبر نقص عدد جزيئات الهواء، وبالتالي سيكون الضغط الجوي أكثر انخفاضاً.
يكون الهواء على ارتفاع 16400 قدم (5000 متر) خفيفاً جداً ومخلخلاً لدرجة يصعب فيها التنفس. وإن كنت تعيش في منطقة جبلية حاول أن تأخذ جهاز البارومتر الذي صنعته في إحدى رحلاتك إلى شاطئ البحر. لابدّ أنك ستلاحظ أن ضغط الهواء على الشاطئ مرتفع بشكل ملحوظ.
تستطيع من خلال معداتك المصممة للتنبؤ بأحوال الطقس إنشاء محطتك الخاصة برصد الأحوال الجوية. تتوزع أكثر من 5000 محطة أرصاد جوية متخصصة في مختلف بقاع العالم.
ويتم جمع البيانات في كل واحدة من هذه المحطات من خلال استخدام النوع ذاته من المعدات التي صنعتها بنفسك.
كما يجمع المتنبئون الجويون المحترفون البيانات والمعطيات من سلسلة أقمار اصطناعية خاصة بأحوال الطقس تدور حول الأرض على ارتفاعات تتراوح بين 500 ميل (800 كم) و700 ميل (1100 كم).
تلتقط هذه الأقمار الاصطناعية الصور الفوتوغرافية وتجمع المعلومات والبيانات التي يُعاد إرسالها إلى الأرض بهدف تحليلها ودراستها.
تساعد هذه المعلومات العلماء على فهم كيفية تأثير طقس إحدى بقاع العالم على الطقس في أماكن أخرى بعيدة.
ما العمل إذا لم تتحرك مصاصة الشراب أبداً؟
من المحتمل أن ضغط الهواء لم يتغير بشكل ملحوظ، فقد يبقى ضغط الهواء مستقراً لفترات طويلة حسب المراحل الزمنية في السنة.
وتأكد أيضاً من أن البالون مشدود تماماً فوق فتحة الكوب. حاول إبعاد البارومتر عن حرارة الشمس المباشرة بما أنها ستسخَّن الهواء داخل الكوب وتمدده، وبالتالي تكون نتائج القراءات غير صحيحة.
يطبق الهواء قوة على سطح الأرض. ونطلق على هذه القوة لوحدة المساحة مصطلح الضغط الجوي (أو ضغط الهواء) الذي يُعدّ مهماً في تحديد أحوال الطقس.
ويُقاس الضغط الجوي بأداة تُعرف باسم «بارومتر» (مقياس الضغط الجوي) الذي يبين لنا فيما إذا كان الطقس صحواً أو ماطراً أو عاصفاً.
إذا شاهدنا سقوط حجر أو ورقة على الأرض فمن الصعوبة بمكان أن نعتقد أن الهواء يطبق قوة ما، لكن كل الهواء حولنا يندفع باستمرار في جميع الاتجاهات.
وتعادل قوة هذا الضغط وقوف فيل على طاولة صغيرة، لكننا لا نشعر بهذا الضغط بسبب وجود ضغط مساوٍ داخل أجسادنا يندفع نحو الخارج.
لقد اعتقد الناس أن ضغط الهواء الذي نطلق عليه مصطلح الضغط الجوي، هو نتيجة دفع كل الهواء الموجود فوقنا، أما علماء اليوم فيدركون تماماً أن الضغط يحدث بسبب التصادم المستمر لجزيئات الهواء أثناء تدافعها بسرعة في جميع الاتجاهات.
وكلما ارتفعنا عن مستوى سطح البحر انخفض الضغط، وذلك لأننا كلما صعدنا للأعلى انخفض عدد جزيئات الهواء، أما ضغط الهواء (أو الضغط الجوي) الأشد فيمكن الشعور به تحت مستوى سطح البحر.
يتغير الضغط الجوي بتغير درجات الحرارة. إذا كان الهواء بارداً فإنه يهبط محدثاً بذلك ضغطاً أعلى، بينما يسبب الهواء الدافئ المتصاعد ضغطاً أقل.
وبما أن الهواء الدافئ يتبخر بسرعة أكبر من الهواء البارد لكي يكوّن مزيداً من الغيوم فإن الضغط المنخفض يُعدّ دائماً دلالة على اقتراب العاصفة، لذلك فإن التغيرات في الضغط الجوي يمكن استعمالها في تنبؤ أحوال الطقس. وتُقاس هذه التغيرات في أغلب الأحيان باستعمال جاهز يدعى «البارومتر».
ثم ابتكار أول بارومتر في العالم 1643 على يد العالم الإيطالي (إيفانجليستا توريشيللي) (1608 – 1647).
لاحظ (توريشيللي) أن التغيرات الطارئة على الضغط الجوي تصاحبها دائماً تغيرات في الطقس، وأن الانخفاض في ضغط الهواء يشير إلى حدوث عاصفة وشيكة.
تبين معظم أجهزة البارومتر قراءاتها بوحدات تسمى ميللي بار. تشير قراءة الجهاز التي يزيد رقمها على 1020 ميللي بار إلى الضغط المرتفع، بينما تشير قراءة الجهاز 1000 ميللي بار أو أدنى من ذلك إلى ضغط منخفض.
الضغط والطقس
ينتقل الهواء من مناطق الضغط المرتفع إلى مناطق الضغط المنخفض، وهذه الحركة هي الرياح. تدعى مناطق الضغط المرتفع أحياناً بـ «الأعاصير المضادة» التي يهبط فيها الهواء ببطء ويدفئ ويجف، وهذا يعني أن الطقس سيكون دافئاً وجافاً.
إن منطقة الضغط المنخفض هي التي يصعد فيها الهواء للأعلى ويبرد ثم يبدأ بتكوين الغيوم والمطر، لذلك تسبب مناطق الضغط الجوي المنخفض طقساً ماطراً وعاصفاً أيضاً في بعض الأحيان.
وتسمى المنطقة التي يلتقي فيها هواء الإعصار المضاد الدافئ والجاف بهواء المنخفض الضغطي البارد والرطب بالجبهة الهوائية.
تتكوّن الغيوم على الجبهة الهوائية حين يشق الهواء البارد الأثقل طريقه بالقوة تحت الهواء الدافئ. هناك ثلاثة أنواع من الجبهات الهوائية: دافئة وباردة ومنطبقة.
يتحرك الهواء الدافئ إلى الأمام في الجبهة الدافئة ويدفع الهواء البارد أمامه فتتكوّن الغيوم الطبقية وتسبب هطول أمطار منتظمة على الجانب البارد من الجبهة الهوائية.
عندما يقحم الهواء البارد الأثقل نفسه تحت الهواء الدافئ تتكوّن جبهة هوائية باردة، ما يؤدي إلى دفع الهواء البارد للأعلى وينتج عن ذلك تكوين الغيوم الماطرة.
وتحدث الجبهة الهوائية المنطبقة عندما تتمكن الجبهة الباردة من تجاوز الجبهة الدافئة، فيقوم الهواء الأبرد بقطع طريق الهواء الدافئ الموجود تحته الذي يتصاعد مبتعداً عن سطح الأرض، ما يؤدي إلى حدوث انخفاض في درجات الحرارة على طول الجبهة الهوائية.
خرائط الطقس
يتم رسم خرائط الطقس كتلك المبنية أعلاه من أجل إظهار مناطق الضغط المرتفع (H) والمنخفض (L).
كما يتم في خرائط الطقس ربط جميع مناطق الضغط المتساوي لإنشاء خط منحن يسمى خط الضغط المتساوي، وهذا يسهل تعيين مناطق الضغط المرتفع والمنخفض، لاسيما مع تحديد الضغط الجوي بالميللي بار على كل خط من خطوط الضغط المتساوي.
تبين هذه الخريطة الضغط الجوي فوق الولايات المتحدة في يوم محدد، علماً أن الهيئة الوطنية للأحوال الجوية تصدر خرائط طقس يومية مشابهة لهذه الخريطة.
في العام 1838 ابتكر الأدميرال البريطاني (سير فرنسيس بوفورت) (1774 – 1857) نظاماً صنَّف فيه الرياح وفقاً لشدتها وقوتها.
أنشأ (بوفورت) 13 فئة مستقلة وشرح أثر كلٍ منها في سفينة شراعية حربية.
اعتمد المقياس على عدد الأشرعة التي تستطيع السفينة حملها في مستويات الريح المختلفة. ومنذ أن حدد (بوفورت) هذه الفئات الثلاث عشرة (إلى الأسفل) تم اعتمادها للاستخدام على الأرض.
1- ضع جريدة على سطح المكان الذي تعمل عليه لإبقائه نظيفاً، ثم ادهن السطح الخارجي لأحد أكواب الستايروفوم.
2- قصّ القضيب الخشبي من منتصفه بالضبط، ثم قِسْ النقطة الوسطى لكل قطعة وحدد المنتصف بعلامة (×) بواسطة قلم الرصاص.
ضع الآن القطعتين فوق بعضها بعضاً وثبتهما بواسطة دبوس كبس بحيث تتطابق العلامتان (×) الواحدة فوق الأخرى.
3- ثبت الأكواب وهي بوضعية مسطحة بدبابيس الكبس على نهايات الأذرع الخشبية الأربعة وتأكد من أن الأكواب تأخذ اتجاهاً واحداً.
4- ضع الحلقة على رأس الوتد وثبت فوقها الأذرع الخشبية بواسطة دبوس كبس.
ستشكل الحلقة فراغاً يباعد بين الأذرع والوتد بما يتيح دوران الأكواب بسهولة.
5- خذ مقياس الريح الذي صنعته إلى المكان الذي ترغب فيه بقياس سرعة الريح خارج المنزل.
اغرس وتد مقياس سرعة الريح في التراب، أو اربطه بالسياج وتأكد من أن الأكواب تدور بحرية وسهولة.
6- قم بقياس سرعة الريح بعدّ المرات التي يدور فيها الكوب الملون في الدقيقة الواحدة. (تكون العملية أسهل بوجود شخصين، أحدهما يقوم بالتوقيت والآخر بالعدّ).
ستبين لك هذه العملية سرعة الريح من خلال عدد الدورات (اللفات) في الدقيقة الواحدة.
إن تعداد المرات التي يدور فيها مقياس سرعة الريح الذي صنعته بنفسك خلال فترة زمنية معينة يجعلك قادراً على إنشاء سُلّم أو مقياس خاص بك لقياس سرعة الريح.
قِسْ سرعة الريح في المكان ذاته لعدة أيام، أو قارن سرعات الريح في أماكن مختلفة. هل تتغير سرعة الريح كثيراً من يوم إلى آخر ومن مكان إلى آخر؟
بإمكانك استعمال مقياس سرعة الريح الذي صنعته من أجل تحديد سرعة الريح بالضبط، لكنك ستحتاج إلى مساعدة أحد الكبار ممن لديه سيارة، كما ينبغي أن تختار يوماً تكون الرياح فيه ساكنة وطريق أو مرآب سيارات هادئ ومهجور.
اطلب من لك الشخص البالغ قيادة سيارته ببطء، بينما تمسك بأداتك المصممة لقياس سرعة الريح وأخرجها من نافذة السيارة (انتبه دائماً لتثبيت حزام الأمان وعدم مدّ ذراعك خارج النافذة).
عدّ المرات التي تدور فيها الأكواب في الدقيقة الواحدة.
ستدلك هذه العملية على عدد دورات مقياس سرعة الريح المقابلة لسرعة السيارة.
فعلى سبيل المثال، إذا لفّ المقياس 20 مرة عندما كانت السيارة تسير بسرعة 10 أميال/سا (16 كم/سا)، فهذا يعني أن 20 دورة في الدقيقة مساوية لسرعة ريح قدرها 10 أميال/سا (16كم/سا).
تحليل النشاط:
مع أن مقياس سرعة الريح الذي صنعته بنفسك لا يستطيع تحمّل قوة الريح الشديدة، إلا أنه أداة مفيدة لقياس التغيرات الحاصلة في سرعة الريح.
فمن خلال تسجيل القياسات بأوقات مختلفة في السنة وفي أماكن مختلفة أيضاً يجب أن تصبح قادراً على تكوين صورة دقيقة عن أنماط الرياح في منطقتك.
وإذا نفذت هذه العم لية ستجد أن سرعة الريح أشدّ في أوقات معينة من اليوم وفي أوقات معينة من السنة أيضاً.
ويحدث ذلك بسبب التغيرات التي تطرأ على درجة الحرارة خلال اليوم الواحد وخلال السنة، فالطقس الدافئ يسخّن الهواء، ما يؤدي إلى صعوده وإحداث الرياح، كما تدفئ الشمس الهواء في فترة النهار، لذلك تكون هناك رياح في النهار أكثر من الليل.
وعلى نحو مشابه، فإن سرعة الريح على المستوى العالمي تتبع في أغلب الأحيان أنماطاً تحددها درجات حرارة الهواء المحلية.
تبدأ الأعاصير دائماً، على سبيل المثال، فوق المحيطات في المناطق الاستوائية (المدارية) وشبه الاستوائية. تحمل هذه العواصف الاستوائية أسماء مختلفة في شتى أنحاء العالم.
ففي المحيط الأطلسي تُعرف تلك العواصف بالأعاصير؛ وفي المحيط الهادئ تسمى بالأعاصير المدارية أو الاستوائية؛ بينما تُعرف فوق المحيط الهندي باسم الأعاصير الحلزونية؛ وعندما تهب هذه العواصف فوق الجزء الشمالي من أستراليا تسمى الزوابع.
تستمد الأعاصير طاقتها من الهواء الدافئ والرطب جداً والذي لا يتوافر إلا فوق المحيطات الدافئة.
ولكي يتشكل الإعصار لابدّ لدرجة الحرارة فوق المحيط من أن تتجاوز 80 درجة فهرنهايت (27 درجة مئوية)، حيث تؤدي درجة الحرارة إلى تبخر كمية كبيرة من ماء المحيط. تتطور الأعاصير في الطبقة العميقة من الهواء الرطب الذي يتكوّن مباشرة فوق المحيط.
تهبّ الأعاصير فقط في أوقات محددة من السنة، ففي النصف الشمالي من الكرة الأرضية تبدأ الأعاصير عندما تكون حرارة الشمس في أشدّها، أي من شهر أغسطس ولغاية شهر أكتوبر.
في حين تتشكل الأعاصير في النصف الجنوبي من الأرض بين شهري ديسمبر ومايو للسبب ذاته، أي عندما تكون حرارة الشمس في ذروتها.
أما الأعاصير القمعية (تورنادو) فيقتصر هبوبها على مناطق محددة وأوقات معينة من السنة، فهناك بقعة في الولايات المتحدة معروفة باسم «ممر التورنادو» لأنها تتعرض للأعاصير القمعية بشكل خاص.
وتشمل منطقة «ممر التورنادو» بعض الأودية النهرية في المسيسبي وأوهايو وميسوري، مع أن تلك المنطقة قد تمتد في أوقات معينة من السنة من تكساس إلى نبراسكا وأيوا.
تتشكل الأعاصير القمعية من العواصف الرعدية الصيفية، حيث يظهر في بعض الأحيان خط طويل يضم 50 غيمة (سحابة) أو أكثر من السُحُب الرعدية أو السُحُب الركامية المزنية العالية.
ويسمى هذا الخط بخط الزوبعة الذي يحوي أحياناً عواصف رعدية دوّارة تدعى عواصف رعدية مفرطة الخلايا.
تتشكل منطقة ذات ضغط منخفض قوي جداً أثناء دوران تلك العواصف، ما يجعلها تمتص غيرها من الرياح التي تدور حول الجزء الخارجي من العاصفة.
وعندما يتم امتصاص تلك الرياح تصل سرعتها إلى 340 ميلاً/سا (500 كم/ سا)، مشكَّلة بذلك دوّامة قمعية على هيئة غيمة أو سحابة. يزداد طول قمع الغيوم أكثر فأكثر إلى أن يصل إلى الأرض.
يشكل الضغط المنخفض في مركز الإعصار القمعي عملية الامتصاص أو الشفط ويمتد القمع الدوّامي للإعصار ليجتاح الأرض ويبتلع كل شيء في طريقه وكأنه خرطوم مكنسة كهربائية عملاقة.
ما العمل إذا تعذّر دوران الأكواب؟
اختبر مقياس سرعة الريح الذي صنعته قبل استخدامه، وذك بالنفخ على الأكواب كي تتأكد من دوران القضبان المتصالبة بسهولة.
وفي حال عجزها عن الدوران اسحب دبوس الكبس قليلاً، كما يتعين عليك التأكد من أن كل ذراع من القضبان الخشبية المتصالبة متساوية الطول تماماً، وإلا فلن يكون مقياسك دقيقاً.
الرياح العاتية
سُجلت أعلى سرعة ريح على الأرض في 12 إبريل 1934 فوق جبل واشنطن على ارتفاع 6288 قدماً (1916 متراً)، بولاية ”نيو هامبشر“، حيث بلغت سرعة هذه الريح 231 ميلاً/ سا (371 كم/سا).
أما المكان الأكثر عصفاً بالرياح على وجه الأرض فهو خليج ”كومنولث“، ساحل ”جورج الخامس“، في القطب الجنوبي، حيث تبلغ سرعة الريح في أغلبالأحيان 199 ميلاً/ سا (320 كم/سا).
مع تحرك الرياح على الأرض تزداد شدتها وسرعتها، فالرياح العاتية تشكل الطاقة المحركة للمراكب الشراعية والطواحين الهوائية، لكنها تسبب أيضاً حدوث العواصف. يساعد مقياس سرعة الريح على التنبؤ بحدوث العواصف وحماية الناس.
إن قوة الريح لها أثر كبير في حياتنا، فمع أن النسمة الباردة تكون لطيفة جداً في الأيام الحارة، إلا أن الرياح القوية غالباً ما تسبب العواصف القادرة على إحداث أضرار كبيرة.
تتغير سرعة الريح على نحو متكرر طوال السنة ومن مكان إلى آخر. وتتأثر سرعة الريح بالتغيرات المناخية الشاملة وبالمناخات المحلية الأصغر.
تتعرض بعض بقاع العالم بصورة مستمرة، كجنوب المحيط الهادئ، إلى خطر الرياح العاتية والعواصف، فكلما ازدادت شدّة الرياح ازداد حجم الأضرار التي قد تسببها، لذلك تُصنَّف العواصف، كالعواصف الرعدية والأعاصير القمعية (التورنادو)، حسب شدة الريح وليس وفقاً لكمية الأمطار التي تسبب هطولها.
تُصنف الرياح حسب مقياس يدعى «مقياس بوفورت» الذي يتراوح من القوة (0) (الهدوء المطلق) إلى القوة 12 (الإعصار).
تساعد دراسة شدة الريح وأنماطها خبراء الأرصاد الجوية على التنبؤ بوقت حدوث العواصف وإصدار التحذيرات باقتراب حدوثها.
بدأ استخدام الأدوات العلمية المصممة لقياس شدّة الريح وقوتها بدقة منذ العام 1450م، ففي ذلك الزمن اهتم البحَّارة اهتماماً خاصاً بمعرفة سرعة الريح كي يحددوا الفترة التي تكون فيها الرياح مناسبة بما يسمح بمغادرتهم الموانئ للإبحار، أو توقع حدوث العواصف الكبيرة.
وقبل 2000 سنة من ذلك التاريخ، حددّ الصينيون القدماء شدة الريح وسرعتها من خلال تحليق طائرات ورقية ضخمة مخروطية الشكل تشبه الأكمام أو الجوارب – «كمّ الريح» أو «جورب الريح».
فجورب الريح المتهدل كان يشير إلى الرياح الخفيفة، أما الريح القوية فكانت تملأ الجورب كله بالهواء.
وفي العام 1846 ابتكر عالم الفلك الإيرلندي (توماس آر. روبنسون) (1792 – 1882) جهازاً لقياس سرعة الريح بدقة يدعى «مقياس سرعة الريح» أو «المرياح».
استخدم هذا الجهاز أكواباً دوَّارة مثبتة على نهاية أذرع لالتقاط الريح. واعتمدت هذه الأذرع على دوران أسطوانة العمود أثناء دورانها لتسجيل سرعة الريح.
وفي الحقيقة لم يتغير تصميم مقياس سرعة الريح كثيراً منذ ابتكاره في العام 1846. وفي النشاط الوارد في الصفحات التالية ستصنع بنفسك جهازاً بسيطاً لقياس سرعة الريح.
1- استخدم المقص لقصَّ قطعة طويلة وضيقة من خشب البلسا (خشب خفيف مضغوط وقوي) بطول قدمين (60 سم) تقريباً.
2- استخدم قلم الرصاص لرسم شكل رأس وذيل سهم على صفيحة الألمنيوم المرن (من النوع المستعمل في خبز الفطائر بالفرن) (انظر إلى الأشكال في الصورة رقم 3 في الأسفل).
استخدم المقص لقصّ الأشكال التي حددتها بالقلم وتأكد من أنها كبيرة بما يكفي لتتلقى الرياح.
3- استخدم المقص لإحداث شق عمودي صغير في طرفي قطعة خشب البلسا. ينبغي أن يبلغ عمق كل شق نصف بوصة (1 سم) تقريباً.
ضع الغراء اللاصق على أحد هذين الشقين وأدخل فيه قاعدة المثلث (رأس السهم).
كرر الخطوة ذاتها مع قطعة الذيل. ضع الهيكل الذي صنعته على أحد جانبيه وانتظر فترة لا تقل عن ساعة كاملة كي يجف تماماً.
4- أدخل دبوس الكبس في منتصف قطعة الخشب. ضع الحلقة المعدنية على نهاية الوتد ثم اضغط نهاية الدبوس المثبت في قطعة الخشب كي يدخل في رأس الوتد.
قم بتدوير قطعة خشب البلسا بعد تثبيتها على الوتد عدة مرات لتتأكد من أنها تدور بسهولة وحرية.
5– من أجل المساعدة على معرفة اتجاه الريح، ارسم مخططاً للحروف N, S, E, W (North = شمال/ South = جنوب/ East = شرق/ West = غرب) على الكرتون واستخدم لوناً مختلفاً لكل واحد من الحروف الأربع ثم قصها.
6- قصّ أربع قطع من خشب البلسا بطول 6 بوصات (15 سم) لكل قطعة.
الصق كل حرف من الحروف الأربعة على نهاية القطع الأربعة ثم الصق تلك القطع على الوتد. تأكد من ترك الأداة كلها لمدة ساعة على الأقل كي تجف تماماً.
7- اخرج بدوَّارة الريح التي صنعتها من المنزل. استعمل بوصلة لتحديد اتجاه الشمال.
اغرس وتد دوَّارة الريح في الأرض بحيث يكون الحرف (N) مقابل جهة الشمال. ينبغي أن يشير رأس السهم إلى الاتجاه الذي تهب منه الرياح. سجل اتجاهات الرياح كل يوم.
تستطيع تزيين دوَّارة الريح التي صنعتها بنفسك وذلك بقصّ شكل معيّن بعد رسمه على لوح الكرتون الملون، ومن ثم تثبيته على الوتد (إلى اليسار).
افتح سجلاً يومياً تدوّن فيه الاتجاه الذي تهب منه الرياح.
ومن المهم أيضاً أن تراقب حالة الطقس في ذلك اليوم. هل كان الطقس لطيفاً؟ هل كان عاصفاً؟ كم درجة الحرارة؟
تحقق من الوقت الذي يتغير فيه اتجاه الريح، وما الأحوال الجوية التي سببت تغيير اتجاه الريح.
بإمكانك أيضاً نقل دوَّارة الريح التي صنعتها بنفسك إلى أماكن مختلفة لتتبين فيما إذا اختلف اتجاه الريح، فكلما ازداد ارتفاع المكان الذي تضع فيه دوَّارة الريح تكون النتائج أفضل.
ففي بعض الأماكن قد تكون هناك بعض الأشجار أو الأغصان أو الأبنية في مجرى الريح، ومن المحتمل أن يؤثر ذلك في اتجاهها.
بإمكانك أيضاً تدوين الملاحظات حول أي تغيير محتمل في اتجاه الرياح خلال اليوم.
تحليل النشاط:
تهبّ الرياح دائماً من منطقة ذات ضغط مرتفع (حيث يكون الهواء أبرد) إلى منطقة منخفضة الضغط (حيث الهواء أكثر دفئاً).
وتشكل حركة الهواء هذه من الضغط المرتفع إلى الضغط المنخفض كل أنواع الرياح التي تهب على كرتنا الأرضية.
ففي الزمن الذي اعتمدت فيه السفن على الرياح أصبحت مناطق معينة معروفة بالرياح التي تهب فيها دائماً بالاتجاه ذاته، وتسمى هذه الرياح بالرياح السائدة.
كانت بعض أنواع الرياح تُستثمر كطاقة محركة في رحلات السفن التجارية، لذلك فإن الرياح التي تهب باتجاه خط الاستواء تُعرف باسم الرياح التجارية.
أما الرياح السائدة التي تهب من الغرب إلى الشرق فتسمى بالرياح الغربية، كما يُطلق على الرياح الباردة القادمة من المناطق القطبية اسم الرياح الشرقية القطبية.
كانت منطقة الضغط المنخفض القريبة من خط الاستواء، حيث نادراً ما تهبّ الريح، تُعرف باسم «خط الرهو الاستوائي»، كما يسود الهواء الهادئ مناطق ضغط مرتفع تدعى «خطوط عرض الحصان».
تتبع الرياح السائدة مسارات منحنية بدلاً من المسارات المستقيمة. وتعني الحركة من منطقة ضغط إلى منطقة أخرى أن الرياح تنتقل بخط مستقيم، لكن بما أن الكرة الأرضية تدور حول محورها باستمرار يصبح مسار الرياح منحنياً.
وأول من فسّر هذه الظاهرة في العام 1835 هو العالم الفرنسي (غوستاف غاسبار دو كوريوليس) (1792 – 1882).
ففي النصف الشمالي من الكرة الأرضية يؤدي «أثر كوريوليس» إلى هبوب الرياح من الجهة الشمالية الشرقية إلى الجهة الجنوبية الغربية.
ما العمل إذا سقطت مؤشرات الاتجاه الملصقة على الوتد بسبب ريح قوية؟
اطلب من أحد الكبار أن يثبت القطع الخشبية الأربع بالمسامير على جانب الوتد بدلاً من لصقها بالغراء.
كيف أتمكن من جعل دوَّارة الريح التي صنعتها أكثر دقة؟
إن دوَّارات الريح التي يستعملها خبراء الأرصاد الجوية لها شكل رأس سهم صغير جداً وذيل كبير. جرّب هذا التصميم وقارن نتائج ملاحظاتك.
نصائح للسلامة !
ينبغي أن تتوخى الحرص دائماً عند استخدامك المقص ومسامير الكبس. تأكد من وجود أحد الكبار معك عندما تستخدم أية أدوات أو أجسام حادة.
لا تستطيع رؤية الريح لكن بإمكانك أن ترى فعلها عندما تهز نسماتها الأشجار وتجعل ثيابك ترفرف في الهواء.
ومن المؤكد أنك تستطيع الشعور بالريح، كالنسمات الدافئة التي تجعل شعرك يتطاير، أو الريح الباردة التي تجعل أذنيك تتجمدان من البرودة.
تهبّ الرياح حول الأرض بسبب القاعدة البسيطة المتعلقة بتصاعد الهواء الحار، فالأرض تسخّن الهواء الموجود فوقها مباشرة.
وعندما تصعد كتلة من الهواء الدافئ نحو الأعلى فإن الهواء الأبرد المحيط بها يجري ليحل محل الهواء الصاعد، ثم يسخن ذلك الهواء الأبرد ويصعد بدوره أيضاً ليحل مكانه هواء بارد. يُطلق على هذا النوع من دوران الهواء مصطلح «الحمل الحراري».
تسخن الأرض باستمرار بسبب أشعة الشمس، لكن الشمس لا تقوم بتسخين كل المناطق على سطح الأرض بالتساوي لأن سطح كوكب الأرض منحني.
تسقط أشعة الشمس بالقرب من خط الاستواء على الأرض بشكل مستقيم، ما يجعلها مركزة بشكل أكبر، لكن شمال تلك المنطقة الاستوائية وجنوبها تنتشر أشعة الشمس بتركيز أقل.
تسبب حرارة الشمس عند خط الاستواء صعود الهواء الدافئ الموجود في المنطقة. ومع تصاعد هذا الهواء الدافئ نحو الأعلى وبعيداً عن سطح الأرض ينخفض ضغط الهواء، وهذا يعني أن خط الاستواء منطقة ذات ضغط منخفض.
عندما يصل الهواء إلى الجزء الأعلى من الغلاف الجوي ينتشر باتجاه الشمال والجنوب. يكون سقوط أشعة الشمس أضعف ما يكون على القطبين الشمالي والجنوبي، فالأرض في هاتين المنطقتين باردة دائماً وبحارها متجمدة.
وفي القطبين الشمالي والجنوبي يبرد الهواء ويهبط ثانية وينكمش أثناء هبوطه أو يُضغط نحو الأسفل، مسبباً بذلك مناطق ضغط مرتفع.
فالهواء الموجود فوق القمم الجليدية يبرد باستمرار، ما يؤدي إلى حدوث مناطق ضغط مرتفع جداً فوق المناطق القطبية، والرياح ما هي إلا نتيجة حركة الهواء من منطقة ضغط مرتفع إلى منطقة ضغط منخفض.
أنظمة الرياح
إن مظاهر الطقس، كالمنخفضات الجوية، وهي منطقة ذات ضغط أدنى من محيطها، قادرة على إحداث الأعاصير مثلاً في المنطقة الاستوائية، لا تبقى في مكان واحد وإنما تتحرك فوق الأرض بالاتجاه ذاته الذي تهب فيه الرياح الرئيسة.
تسمى هذه الرياح «بالرياح السائدة» وتشتمل على الرياح التجارية والرياح الغربية تعلو هذه الرياح حزم ضيقة من الرياح الشديدة تدعى «التيار المتدفق» والتي غالباً ما تكون السبب في بدء حدوث بعض مشكلات الطقس، كالمنخفضات الجوية.
وفي أغلب الأحيان تستخدم الطائرات التي تحلق على ارتفاعات شاهقة ذلك «التيار المتدفق» من أجل اكتساب السرعة في تنفيذ رحلاتها الجوية.
يصل هذا «التيار المتدفق» إلى ذروة قوته في شهور فصل الشتاء، وذلك لأن الهواء البارد يهب من المناطق القطبية ويشق طريقه عنوة باتجاه الجانب الآخر من الكرة الأرضية. وقد سجلت بعض رياح التيار المتدفق سرعات بلغت 200 ميل في الساعة (322 كم/سا).
تضم التيارات الهوائية الأخرى التيارات الحرارية الصاعدة (تيارات من الهواء الدافئ) التي يبحث عنها ملاحو الطائرات الشراعية والطيور كي تساعدهم على الانحدار والتحليق في الهواء. تستطيع في هذا النشاط اكتشاف اتجاه الرياح التي تهبّ بالقرب منك.
طاقة الرياح
يستخدم الناس دائماً طاقة الرياح، فالمراكب الشراعية تعتمد اعتماداً كاملاً على طاقة الرياح من أجل عبور البحار والمحيطات.
كما تستخدم الطواحين الهوائية طاقة الرياح في طحن الحبوب لإنتاج الطحين، أما الطواحين الهوائية الحديثة فهي مصممة لتوليد الطاقة الكهربائية.
وتستعمل الرياح في بعض النشاطات الترويحية، كالإبحار والطيران الشراعي ورياضة ركوب الأمواج وإطلاق الطائرات الورقية (إلى اليسار) وجميعها يعتمد على الرياح الجيدة.
وفي الحقيقة إن تصميم الطائرات الورقية طالما تم استخدامه في اختبار التصاميم الجديدة للمراكب والسفن والطواحين الهوائية.
قد تسببت البلورات الثلجية الدقيقة الموجودة في الهواء حدوث ظواهر غريبة في السماء.
تتكوَّن أحياناً هالة أو حلقة متعددة الألوان حول الشمس أو القمر نتيجة انحناء (انكسار) الضوء وانعكاسه بواسطة البلورات الثلجية.
وغالباً ما تكون هناك بقعتان أو رقعتان ساطعتان ضمن الهالة المحيطة بالشمس تقعان على جانبي الشمس ذاتها. تسمى هاتان البقعتان بالشموس المزيفة أو الكاذبة.
تكون البلورات الثلجية سداسية (لها ستة جوانب)، وتسقط هذه البلورات في الهواء بجوانبها المسطحة أفقياً ثم ينكسر الضوء من خلال البلورات وينفصل إلى ألوان قوس قزح، مشكلاً بذلك أثر أو ظاهرة الشموس الكاذبة.
والسبب في حدوث هذه الظاهرة هو انحناء الضوء بواسطة البلورات الثلجية الدقيقة الموجودة في الهواء.
ويمكن مشاهدة الهالات في أغلب الأحيان عندما تكون هناك طبقة رقيقة من الغيوم معلّقة (غيوم خفيفة ورقيقة شبيهة بالصوف) أمام الشمس. تذكَّر ألاّ تنظر للشمس بشكل مباشر لأنها ستؤذي عينيك.
وتحيط بالقمر أحياناً حلقة بلون أزرق داكن، وغالباً ما تكون الحافة الخارجية لهذه الحلقة حمراء اللون.
ويُطلق على هذه الحلقة مصطلح «الإكليل القمري» والتي تسببها قطيرات الماء التي تكوّن بدورها غيوماً معلّقة رقيقة في السماء، وهذه الغيوم المعلّقة هي التي تسبب انحناء الضوء.
بإمكانك صنع هالة أو إكليل قمري بنفسك في النشاط التالي:
تحتاج لهذه التجربة طبقاً معدنياً مسطحاً (صينية) من النوع المستعمل في فرن الطبخ، بالإضافة إلى ماء ومصباح جيب ومجمِّدة (اطلب إذن أحد الكبار من أجل استعمال المجمِّدة)، ومساعد.
1– املأ نصف الطبق المسطح (الصينية) بالماء، لكن من دون غمره لأنك ستضطر إلى حمل الطبق ووضعه في المجمِّدة من دون انسكاب الماء منه.
ضع الطبق في المجمِّدة لبضع ساعات إلى أن يتجمد الماء لدرجة الصلابة.
2– أخرج الطبق من المجمِّدة وانزع صفيحة الجليد المتكوّنة فيه برفق.
سيكون الجليد بارداً جداً، لذلك استعمل قفازات لتحمي أصابعك، كما أن القفازات ستحفظ الجليد من الانصهار بسرعة كبيرة.
3- امسك صفيحة الجليد واطلب من شريكك أو شريكتك في التجربة توجيه ضوء مصباح الجيب من الجهة الخلفية للوح الجليد، وذلك داخل غرفة معتمة.
هل يسبب انعكاس ضوء المصباح على الجليد أي هالة؟ ماذا يحدث عندما يبدأ الجليد بالانصهار؟ هل تلاحظ أي أثر جديد؟
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)