يمكن قياس مقدار الضغط الجوي بأحد الأجهزة الآتية: - كتاب الدراسات الاجتماعية - الصف 8 - الفصل 1 - المملكة العربية السعودية

سؤال نشاط 1: لإثبات أن لتمدد الهواء ارتباطاً مباشراً بالضغط الجوي نقوم بما يأتي: - نحضر بالونتين. - نملأ كل واحدة منهما بهواء مساوٍ للأخرى، ونضع إحداهما تحت الشمس، والأخرى في الظل، لمدة عشر دقائق. نلاحظ أن البالونة التي تحت الشمس قد زاد حجمها، وبدأت تتحرك وترتفع، بخلاف البالونة التي في الظل. ما تفسير ذلك في رأيك؟

الإجابة: إن البالونة التي كانت تحت الشمس تمدد الهواء داخلها ويزداد حجمها، فقل كثافتها بالنسبة للهواء المحيط فترتفع، بينما البالونة التي في الظل لم يتمدد الهواء فيها كثيراً فبقي حجمها كما هو تقريباً.

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1: جدول المعطيات والمطلوب** | العنصر | الوصف | |--------|--------| | **المعطيات** | - بالونتان مملوءتان بنفس كمية الهواء.<br>- إحداهما تحت الشمس والأخرى في الظل.<br>- مدة التجربة: 10 دقائق.<br>- **الملاحظة**: البالونة تحت الشمس زاد حجمها وارتفعت، بينما البالونة في الظل لم تتغير كثيراً. | | **المطلوب** | تفسير سبب الاختلاف في سلوك البالونتين بناءً على **تمدد الهواء** وعلاقته بـ**الضغط الجوي** و**الكثافة**. |
2. **الخطوة 2: المبدأ العلمي المستخدم** > **قانون تمدد الغازات بالحرارة**: عند تسخين غاز محصور (مثل الهواء داخل البالونة) يزداد حجمه إذا كان الضغط ثابتاً تقريباً، وذلك لأن جزيئات الغاز تتحرك بسرعة أكبر فتتباعد عن بعضها. > **قاعدة أرخميدس للطفو**: الجسم يطفو في مائع (مثل الهواء) إذا كانت كثافته أقل من كثافة المائع المحيط به.
3. **الخطوة 3: تحليل حالة البالونة تحت الشمس** 1. **تأثير الشمس**: أشعة الشمس تسخن الهواء داخل البالونة. 2. **تمدد الهواء**: بسبب التسخين، تزداد طاقة حركة جزيئات الهواء، فتتصادم بقوة أكبر مع جدار البالونة الداخلي وتدفعه للخارج، مما يؤدي إلى **زيادة حجم البالونة**. 3. **تغير الكثافة**: كتلة الهواء داخل البالونة ثابتة (نفس الكمية الأولى)، ولكن حجمه زاد. حسب العلاقة: $\text{الكثافة} = \frac{\text{الكتلة}}{\text{الحجم}}$ ∴ زيادة الحجم تؤدي إلى **نقصان كثافة** الهواء داخل البالونة. 4. **الطفو والارتفاع**: كثافة الهواء داخل البالونة أصبحت **أقل** من كثافة الهواء البارد (الأكثر كثافة) المحيط بها. وفقاً **لقاعدة أرخميدس**، تؤثر قوة دفع إلى أعلى على البالونة فترتفع.
4. **الخطوة 4: تحليل حالة البالونة في الظل** 1. **عدم وجود تسخين**: درجة حرارة الهواء داخل البالونة تبقى قريبة من درجة حرارة الهواء المحيط (الظل). 2. **ثبات الحجم تقريباً**: لا يحدث تمدد ملحوظ للهواء، فيبقى حجم البالونة **شبه ثابت**. 3. **ثبات الكثافة**: بما أن الحجم والكتلة ثابتان تقريباً، تبقى **كثافة** الهواء داخل البالونة مساوية أو قريبة جداً من كثافة الهواء المحيط. 4. **عدم وجود طفو**: لا يوجد فرق كبير في الكثافة بين الهواء داخل البالونة وخارجها، لذلك لا تظهر قوة دفع كافية لجعلها ترتفع، فتبقى في مكانها.
5. **الخطوة 5: ربط الظاهرة بالمطلوب (التمدد والضغط الجوي)** > **العلاقة مع الضغط الجوي**: الضغط الجوي هو وزن عمود الهواء فوق منطقة ما. في هذه التجربة: - الهواء **المتمدد** داخل البالونة الساخنة يكون ضغطه مساوياً تقريباً للضغط الجوي الخارجي (وإلا ستنفجر)، لكنه يحتل حجماً أكبر. - هذا يؤكد أن **زيادة الحرارة تؤدي إلى تمدد الهواء** (زيادة حجمه) تحت تأثير الضغط الجوي الثابت نسبياً، مما يغير كثافته ويسبب الطفو. - البالونة في الظل توضح الحالة المرجعية حيث لا يحدث تمدد ملحوظ.
6. **الخطوة 6: الإجابة النهائية (التفسير الشامل)** يُفسر الاختلاف في سلوك البالونتين بناءً على **تأثير الحرارة على تمدد الغازات وكثافتها**: - تعرض البالونة **لأشعة الشمس** يؤدي إلى تسخين الهواء داخلها، فيتمدد ويزداد حجمها مما **يقلل من كثافتها**. - عندما تصبح كثافة الهواء داخل البالونة **أقل من كثافة** الهواء البارد المحيط، تنشأ **قوة طفو** (قوة دفع إلى أعلى) تجعلها ترتفع. - أما البالونة في **الظل**، فتبقى درجة حرارتها قريبة من المحيط، فلا يحدث تمدد ملحوظ للهواء، فتظل كثافتها مساوية تقريباً لكثافة الهواء حولها ولا ترتفع. وهذا النشاط يوضح عملياً كيف يرتبط **تمدد الهواء** بتغير **الكثافة** تحت تأثير الحرارة، وكيف يؤثر ذلك على سلوك الأجسام في الغلاف الجوي.

أي مما يلي يُعد جهازاً لقياس مقدار الضغط الجوي؟

• أ) الميزان الحساس
• ب) البارومتر المعدني
• ج) المحرار (الترمومتر)
• د) الأنيمومتر (مقياس سرعة الرياح)

الإجابة الصحيحة: b

الإجابة: البارومتر المعدني

الشرح: 1. البارومتر العادي (الزئبقي) يقيس الضغط الجوي باستخدام عمود من الزئبق. 2. البارومتر المعدني (الأنرويد) يستخدم صندوقاً معدنيًا مرنًا يتغير شكله مع تغير الضغط. 3. الباروجراف هو جهاز يسجل تغيرات الضغط الجوي بمرور الوقت على مخطط. 4. جميعها أجهزة لقياس الضغط الجوي، لكن السؤال يطلب جهازاً محدداً ذُكر في النص.

تلميح: فكر في الأجهزة التي تقيس الضغط دون استخدام سائل.

التصنيف: تعريف | المستوى: سهل

في تجربة بالونتين (واحدة تحت الشمس وأخرى في الظل)، لماذا تزداد كثافة الهواء داخل البالونة في الظل مقارنة بتلك تحت الشمس؟

• أ) لأن درجة حرارتها تنخفض فجأة.
• ب) لأن حجم الهواء داخلها يبقى ثابتاً تقريباً بينما تزداد كتلته.
• ج) لأن ضغط الهواء الخارجي عليها يكون أقل.
• د) لأنها تفقد جزءاً من الهواء الموجود داخلها.

الإجابة الصحيحة: b

الإجابة: لأن حجم الهواء داخلها يبقى ثابتاً تقريباً بينما تزداد كتلته.

الشرح: 1. الكثافة = الكتلة ÷ الحجم. 2. تحت الشمس: يتمدد الهواء (يزداد الحجم) مع ثبات الكتلة تقريباً، فتقل الكثافة. 3. في الظل: لا يتمدد الهواء كثيراً (الحجم ثابت تقريباً) والكتلة ثابتة، فتكون الكثافة أعلى. 4. الخيار الصحيح يوضح أن ثبات الحجم مع ثبات الكتلة يؤدي إلى كثافة أعلى.

تلميح: تذكر العلاقة بين الكثافة والكتلة والحجم.

التصنيف: مفهوم جوهري | المستوى: متوسط

ما المبدأ العلمي الرئيسي الذي تفسر به ارتفاع البالونة الموضوعة تحت الشمس في التجربة الواردة؟

• أ) زيادة ضغط الهواء داخل البالونة بشكل كبير.
• ب) انخفاض كثافة الهواء الساخن داخل البالونة مقارنة بكثافة الهواء البارد المحيط بها.
• ج) انجذاب البالونة نحو أشعة الشمس.
• د) تسرب الهواء من البالونة في الظل مما يخفف وزنها.

الإجابة الصحيحة: b

الإجابة: انخفاض كثافة الهواء الساخن داخل البالونة مقارنة بكثافة الهواء البارد المحيط بها.

الشرح: 1. تسخين الهواء تحت الشمس يؤدي إلى تمدده وزيادة حجمه. 2. كتلة الهواء تبقى ثابتة تقريباً، لذا تقل كثافته (الكثافة = الكتلة/الحجم). 3. الهواء داخل البالونة يصبح أقل كثافة من الهواء البارد (الأكثر كثافة) المحيط بها. 4. وفقاً لمبدأ الطفو (أرخميدس)، الجسم الأقل كثافة من الوسط يطفو أو يرتفع.

تلميح: فكر في سبب طفو الأجسام في وسط ما.

التصنيف: مفهوم جوهري | المستوى: متوسط