עמוד הבית > מדעי כדור-הארץ והיקום > מטאורולוגיה [אקלים ומזג האוויר]
מפ"ט עמל


תקציר
כוח אדיר פועל עלינו כל העת. זהו כוחו של האוויר הלוחץ עלינו בכל מצב. איך איננו נמעכים למרות הלחץ העצום הזה ואיך איננו חשים בו? על הלחץ שמפעיל האוויר והיחידות השונות למדידת הלחץ.



עומדים בלחץ


תארו לעצמכם שלחץ עצום היה רובץ על גופכם, לחץ כה עצום עד שהכוח המופעל באמצעותו על גופכם היה שווה למשקלן של כמה וכמה מכוניות.
תיאור זה איננו דמיוני כלל. זוהי המציאות.
על גופנו רובץ משקל של טונות רבות. זהו משקלו של האוויר שמסביבנו המפעיל על גופנו לחץ עצום. האוויר לוחץ על גופנו. לחץ האוויר פועל לא רק על גופנו כי אם גם על כל משטח וחפץ החשופים לאוויר.

איך איננו נמעכים למרות הלחץ העצום הזה ואיך איננו חשים בו?

הסיבה היא שכנגד המשקל העצום הזה פועל על גופנו לחץ אוויר נגדי. אוויר נמצא גם בתוך גופנו והוא פועל מבפנים כלפי חוץ, בניגוד לכיוון האוויר הלוחץ על גופנו מבחוץ. לחץ נגדי זה מאזן את הלחץ החיצוני.

הלחץ הוא הכוח הפועל על יחידת שטח. ככל שיגדל השטח שעל פניו פועל הלחץ, כך יגדל גם הכוח שהוא מפעיל עליו. לדוגמה, הכוח שמפעיל האוויר על רצפתה של מרפסת ששטחה 20 מטרים רבועים יהיה גדול בהרבה מן הכוח שהוא מפעיל על מרצפת קטנה בשטח של 400 סנטימטרים רבועים, עבור אותו לחץ אוויר. באותו אופן, הכוח שמפעיל האוויר על גופו של אדם בוגר גדול בהרבה מזה שפועל על גוף של תינוק בן יומו באותו לחץ.

כיוונו של לחץ האוויר איננו רק מלמעלה למטה אלא בכל הכיוונים. האוויר לוחץ לצדדים, כלפי מעלה וכלפי מטה, ובכל זווית אפשרית אחרת. גם גודל הלחץ זהה בכל הכיוונים.

נוכל להיווכח בהשפעתו של לחץ האוויר אם נשאב אוויר מבקבוק ריק. בבקבוק הריק מצוי אוויר. כל עוד איננו מוציאים אותו מן הבקבוק מאזן הלחץ של האוויר מבפנים כלפי חוץ את לחץ האוויר הפועל על הבקבוק מבחוץ כלפי פנים. כאשר נשאב את האוויר יקטן לחץ האוויר. הלחץ החיצוני יישאר בעינו ולכן יגבר על הלחץ הפנימי. כתוצאה מכך יימעך הבקבוק.

קיימות יחידות שונות ללחץ. אחת מהן היא פסקל. פסקל הוא כוח בן ניוטון אחד הפועל על מטר ריבועי (ניוטון הוא המשקל של מסה בת 100 גרם על פני כדור הארץ).

יחידה זו קרוייה על שמו של המדען הצרפתי בלייז פסקל (1662-1623) שגילה תגליות חשובות הנוגעות ללחץ האוויר. יחידה נוספת היא הבאר (bar). זוהי יחידה שפירושה כוח של 100,000 ניוטון על מטר ריבועי אחד. יחידה נוספת היא המיליבאר. גודלה הוא אלפית מיחידת הבאר, זאת אומרת 100 ניוטונים למטר ריבועי. לחץ האוויר בגובה פני הים הוא כ 100,000 פסקל (המספר המדוייק הוא 101,325 פסקל), זאת אומרת כמאה אלף ניוטונים למ"ר (מטר ריבועי). במלים אחרות זהו המשקל שמפעילה מסה בת 10 טונות על מ"ר אחד. לחץ זה משמש כיחידה נוספת של לחץ הקרוייה בשם אטמוספירה.

אטמוספירה היא, אם כן, לחץ האוויר בגובה פני הים. אטמוספירה אחת שווה לכ 100,000 פסקל (וליתר דיוק - ל 101,325 פסקל). את מדידת לחץ האוויר הראשונה ביצע אוונג'ליסטה טוריצ'לי, איש מדע איטלקי (1647-1608), בשנת 1643. הוא מילא כספית בכל נפחה של מבחנה האטומה בצידה האחד ופתוחה בצידה האחר. את המבחנה המלאה בכספית השקיע טוריצ'לי בתוך קערה עם כספית כך שחלקה הפתוח טבול בכספית. הכספית שבמבחנה ירדה עד שהתייצבה בגובה מסויים מעל פני הנוזל שבקערה ונותרה קבועה בגובה זה. כיצד? האוויר לחץ על הכספית שבקערה והפעיל עליה לחץ שאיפשר לה להתייצב בגובה זה. במצב זה, הלחץ שהפעיל האוויר על הכספית שבקערה היה שווה ללחץ הנגדי שהפעיל עמוד הכספית שמעל למי הקערה. הניסוי הראה לטוריצ'לי שלחץ האוויר שווה ללחץ שמפעיל עמוד כספית שגובהו 76 סנטימטרים.

לחץ האוויר איננו קבוע בכל גובה. בגובה פני הים, גודלו הוא, כאמור, כ 100,000 פסקל אולם ככל שהגובה גדל, לחץ האוויר נעשה קטן יותר ויותר ולהיפך – ככל שמנמיכים הלחץ גדל. את השינוי בלחץ ניתן לחוש כאשר אנו נוסעים ממקום גבוה למקום נמוך, למשל מירושלים לתל אביב או מירושלים לים המלח. במקרים אלה אנו חשים בלחץ על האוזן. לחץ זה נובע מהפרש הלחצים שנוצר בין הלחץ החיצוני של האוויר לבין הלחץ הפנימי מתוך גופנו כלפי חוץ. הלחץ החיצוני גדול מן הלחץ הפנימי של גופנו.
לחץ על האוזן כתוצאה מהפרשי לחצים, נוצר גם אצל נוסעי מטוס בעת המראת המטוס.
במקרה זה הלחץ החיצוני קטן מן הלחץ הפנימי.

את הלחץ הנוצר על האוזן כתוצאה מהפרשי לחץ אוויר ניתן לאזן על ידי פעולות בליעה כמו לעיסת מסטיק או מציצת סוכריה.

אסטרונאוטים לובשים חליפות חלל המעניקות לגופם לחץ חיצוני נאות בהיותם בחלל שבו אין כל אוויר ולכן גם אין לחץ אוויר. גוף האדם איננו מסוגל להתקיים ללא לחץ אוויר.החליפות מספקות הן את הלחץ הנדרש והן חמצן ההכרחי לנשימה.

כבר במאה השבע עשרה שיער בלייז פסקל שלחץ האוויר קטן ככל שמגביהים. בשנת 1648 הוא הוכיח זאת בניסוי. פסקל היה אדם חולני ונמנע ממנו לטפס לגבהים. לכן ביצע את הניסוי באמצעות גיסו שהתגורר בדרום צרפת, במקום הררי. פסקל שלח לו ברומטר וביקש ממנו למדוד את לחץ האוויר בגבהים שונים. הניסוי אכן אימת את השערתו של פסקל.

באיזה אופן משתנה לחץ האוויר כאשר מטפסים מעלה? כל עלייה של שמונה מטרים מלווה בהפחתה של מיליבאר אחד בלחץ האוויר. דבר זה נכון לגבי גבהים שבין גובה פני הים לבין גובה של קילומטר אחד בערך.

לחץ האוויר בגובה של חמישה וחצי קילומטרים הוא רק כמחצית הלחץ בגובה פני הים, בגובה של כעשרה קילומטר מגיע ערך הלחץ רק לכרבע מערכו בגובה פני הים ובגובה של עשרים קילומטרים ל 5% בלבד מן הלחץ בגובה פני הים.

"אנחנו חיים בתחתיתו של אוקיינוס אוויר שיש לו משקל", כתב טוריצ'לי, והוא כמובן צדק.

אוקיינוס האוויר בו אנו חיים, הוא בלתי נראה, אך הוא קיים והלחץ שהוא מפעיל עלינו ועל כדור הארץ כולו, הוא אדיר.

ביבליוגרפיה:
כותר: עומדים בלחץ
תאריך: יולי 1997 , גליון 4
שם כתב העת: פיזיקה נטו : לראות מבעד לדברים, דרך המרחב, החומר וזמן
עורך הכתב עת: אורעד, יורם
הוצאה לאור: מפ"ט עמל
הערות: 1. המשך כותר: כתב עת לפיזיקה ולתחומים הקרובים לה.
2. כתיבה: יורם אורעד.
3. עיצוב גרפי: דפנה מיכלין.
4. עיצוב HTML: רועי דליות
הספרייה הוירטואלית מטח - המרכז לטכנולוגיה חינוכית