أهداف التعلم

• أن تعرّف الموائع والضغط عند نقطة في باطن سائل، وتحسب القوة الضاغطة.
• أن تفسر زيادة الضغط المائي بالعمق والكثافة، وتحسب الضغط الكلي.
• أن تصف تكيفات الكائنات البحرية مع الضغط في الأعماق المختلفة.
• أن تقارن بين الأسماك العظمية والغضروفية، وتوضح تكيف الأغشية الخلوية.

شرح الدرس

الموائع

الموائع: المواد التي تتميز بقدرتها على الانسياب، وتشمل السوائل والغازات. والغازات قابلة للانضغاط وتشغل أي حيز توجد فيه، أما السوائل فتقاوم الانضغاط وتحتفظ بحجمها ثابتًا تقريبًا.

الضغط عند نقطة في باطن سائل ساكن

الضغط عند أي نقطة في باطن سائل يعادل وزن عمود السائل الذي يعلو تلك النقطة والمؤثر على وحدة المساحات حولها. والجسم الموجود عند تلك النقطة يتأثر بقوة عمودية على سطحه:

حيث $F$ القوة الضاغطة بالنيوتن $(N)$، و $P$ الضغط بوحدة $N/m^2$، و $A$ مساحة السطح بوحدة $m^2$.

الضغط المائي

الضغط المائي: الضغط الذي يؤثر به الماء عند أي نقطة تحت سطحه، ويزداد:

• بزيادة العمق $(h)$؛ لزيادة وزن المياه فوق وحدة المساحات.
• بزيادة كثافة المياه $(\rho)$؛ فالضغط عند عمق معين في ماء البحر أكبر منه عند العمق نفسه في بحيرة عذبة.

الضغط الجوي: عند سطح البحر يساوي الضغط الجوي $P_a$، والضغط الجوي المعتاد $= 1\,atm = 1.013 \times 10^5\,N/m^2$.

ويزداد ضغط الماء تقريبًا بنحو ضغط جوي واحد لكل 10 أمتار أسفل السطح. والضغط الكلي عند نقطة:

مثال: على عمق 100 متر يكون ضغط الماء نحو 10 أمثال الضغط الجوي، فالضغط الكلي نحو $1 + 10 = 11\,atm$.

مثال (القوة الضاغطة): سطح مساحته $0.02\,m^2$ على عمق يكون الضغط الكلي فيه $2 \times 10^5\,N/m^2$:

تأثير الضغط على التكيفات البيولوجية

أولًا: المثانة الهوائية (كيس العوم)

• الكائنات السطحية: تواجه ضغطًا منخفضًا نسبيًّا، فبنيتها الجسدية أقل قوة من كائنات الأعماق.
• كائنات الأعماق المتوسطة (200 – 1000 متر): أكثر تخصصًا؛ فبعض الأسماك لها مثانات سباحة مملوءة بالغاز تساعدها على التحكم في الطفو والتوازن والانتقال بين الأعماق، كما في هجرة السلمون بين البحار والأنهار.
• كائنات الأعماق السحيقة (أكبر من 2000 متر): الضغط شديد جدًّا، فتكون ذات هياكل جسدية مدمجة ومكونات بروتينية وسوائل داخلية تتحمل الضغط العالي. وبعضها لا يمتلك مثانات غازية حتى لا تنهار تحت الضغط (فالغاز قابل للانضغاط)، مثل سمكة الراي التي تعتمد على كبد كبير غني بالزيوت لزيادة الطفو والتحكم في العمق (ويذكر الكتاب أن بعضها يمتلك مثانة تحتوي على سوائل بدلًا من الغازات).

ثانيًا: الهيكل العظمي والغضروفي

ثالثًا: الأغشية الخلوية: طوّرت أسماك الأعماق السحيقة أغشية خلوية تحتوي على مستويات أعلى من الأحماض الدهنية غير المشبعة، التي تحافظ على سيولة الأغشية واستقرارها تحت الضغط فتمنع تلف الخلايا.

معلومة إثرائية: إذا رُفع كائن من الأعماق فجأة إلى السطح انخفض الضغط بسرعة فتتمدد الغازات داخل جسمه وقد تتلف أنسجته، وهي فكرة قريبة من داء الغوص عند الإنسان حين يصعد بسرعة فتتحرر فقاعات الغاز في دمه.

أسئلة للتدريب

1. عرّف الموائع، وقارن بين السوائل والغازات من حيث الانضغاط.
2. احسب الضغط الكلي تقريبًا على عمق 50 مترًا تحت سطح البحر بالضغط الجوي.
3. احسب القوة الضاغطة على سطح مساحته $0.5\,m^2$ إذا كان الضغط $1.5 \times 10^5\,N/m^2$.
4. قارن بين تكيفات كائنات الأعماق المتوسطة والأعماق السحيقة مع الضغط.
5. قارن بين الأسماك العظمية والغضروفية مع ذكر مثالين لكل منهما.