العلوم المتكاملة · الصف الأول الثانوي · الترم الأول
العوامل الفيزيائية وتأثيرها في الغلاف الجوي
درجة الحرارة وتدرجها في التروبوسفير وتحويل وحداتها وطرق انتقال الحرارة وتكيفات الكائنات الحية معها، والضغط الجوي ووحداته وتأثير الارتفاع على جسم الإنسان والدم وضغطه، والرياح وأنسجة النبات الداعمة، والرطوبة وتأثيرها في الإنسان والنبات.
آخر تحديث: · كيف نراجع المحتوى
مقدمة
- الوحدة الثانية: الغلاف الجوي — البند 2-3
لماذا يصعب التنفس على قمم الجبال العالية؟ ولماذا نشعر بالاختناق في يوم حار رطب أكثر من يوم حار جاف؟ ولماذا لا تنكسر سيقان النباتات عندما تهب الرياح؟ الإجابة في العوامل الفيزيائية للغلاف الجوي: درجة الحرارة، والضغط الجوي، والرياح، والرطوبة، وتأثيرها في الكائنات الحية وكيف تكيفت معها.
أهداف التعلم
- أن تفسر تغير درجة الحرارة في التروبوسفير وتحوّل بين وحدات قياس درجة الحرارة.
- أن تقارن بين طرق انتقال الحرارة وتذكر أمثلة لتكيف الكائنات الحية مع درجات الحرارة.
- أن تعرّف الضغط الجوي ووحداته وتحسب التحويل بينها.
- أن تشرح تأثير الارتفاع على جسم الإنسان ومكونات الدم وضغطه.
- أن تقارن بين الأنسجة البرنشيمية والكولنشيمية والإسكلرنشيمية.
- أن تشرح تأثير الرطوبة في الإنسان والنبات.
شرح الدرس
أولًا: درجة الحرارة
الحرارة صورة من صور الطاقة تنتقل من الجسم الأسخن إلى الجسم الأبرد، أما درجة الحرارة فهي مقياس لمدى سخونة الجسم أو برودته.
في طبقة التروبوسفير تكون درجة الحرارة أعلى قرب سطح الأرض وتقل كلما ارتفعنا؛ لأن سطح الأرض يمتص أشعة الشمس ثم يسخّن الهواء الملامس له.
التحويل بين وحدات درجة الحرارة: إذا كانت درجة الحرارة بالسلزيوس:
طرق انتقال الحرارة:
| الطريقة | كيف تحدث | مثال |
|---|---|---|
| التوصيل | انتقال الحرارة خلال المادة بالتلامس دون انتقال جزيئاتها | تسخين الهواء الملامس لسطح الأرض |
| الحمل | انتقال الحرارة بحركة جزيئات المائع (سائل أو غاز) نفسه | صعود الهواء الساخن وهبوط البارد |
| الإشعاع | انتقال الحرارة في صورة موجات كهرومغناطيسية دون الحاجة إلى وسط | وصول حرارة الشمس إلى الأرض |
تستفيد بعض الطيور من تيارات الحمل؛ فتحلّق فوق الهواء الساخن الصاعد لترتفع دون أن ترفرف كثيرًا بأجنحتها، فتوفر طاقتها.
تكيف الكائنات الحية مع درجات الحرارة:
- ضفدع الخشب: يتحمل تجمد جزء من ماء جسمه في الشتاء، ويكوّن كميات كبيرة من الجلوكوز الذي يعمل مانعًا للتجمد داخل خلاياه.
- سمكة الجليد: تعيش في المياه شديدة البرودة، ويحتوي دمها على بروتينات مانعة للتجمد، ولا يحتوي على الهيموجلوبين.
- السحلية الشوكية: تعيش في الصحراء، وفي جلدها قنوات دقيقة تنقل الرطوبة من سطح الجسم إلى فمها.
ثانيًا: الضغط الجوي
الضغط الجوي: وزن عمود الهواء الواقع على وحدة المساحات من سطح الأرض. ويتركز معظم كتلة الغلاف الجوي في الطبقات القريبة من سطح الأرض (أقل من )؛ لذلك يقل الضغط الجوي بزيادة الارتفاع.
- الضغط الجوي المعتاد عند مستوى سطح البحر وفي درجة يساوي ، ويعادل ضغط عمود من الزئبق ارتفاعه () في البارومتر الزئبقي.
- تُستخدم في الأرصاد وحدة المللي بار، حيث: .
- خطوط الضغط المتساوي (الأيزوبار): خطوط على خرائط الطقس تصل بين الأماكن التي لها الضغط الجوي نفسه.
تحويل ضغط مقيس بالزئبق إلى :
تأثير الارتفاع على جسم الإنسان: كلما ارتفعنا قلّ الضغط الجوي وقلّ ضغط الأكسجين في الهواء، فيصل إلى الدم أكسجين أقل. لذلك:
- يشعر المتسلق بضيق التنفس والإرهاق، وقد يحدث نزيف من الأنف لدى بعض المتسلقين نتيجة انخفاض الضغط الخارجي.
- مع البقاء فترة طويلة في المرتفعات يتكيف الجسم فيزيد إنتاج خلايا الدم الحمراء لنقل أكبر قدر من الأكسجين.
مكونات الدم:
| المكون | وظيفته |
|---|---|
| البلازما | سائل يحمل خلايا الدم والمواد الغذائية والفضلات |
| خلايا الدم الحمراء | تحتوي على الهيموجلوبين الذي ينقل الأكسجين |
| خلايا الدم البيضاء | الدفاع عن الجسم ضد الميكروبات |
| الصفائح الدموية | تساعد على تجلط الدم |
ضغط الدم: ضغط الدم على جدران الأوعية الدموية، ويُقاس بوحدة . والقيمة الطبيعية تقريبًا : الرقم الأكبر هو الضغط الانقباضي (عند انقباض القلب)، والأصغر هو الضغط الانبساطي (عند انبساطه).
ثالثًا: الرياح
الرياح: حركة الهواء من مناطق الضغط المرتفع إلى مناطق الضغط المنخفض، وكلما زاد الفرق في الضغط زادت سرعة الرياح. ومن أمثلتها الرياح القطبية التي تهب من المناطق القطبية الباردة ذات الضغط المرتفع.
تكيف النبات لمقاومة الرياح: يحتوي النبات على أنسجة تمنحه الدعامة والمرونة:
| النسيج | جدر خلاياه | هل خلاياه حية؟ | وظيفته |
|---|---|---|---|
| البرنشيمي | رقيقة من السليلوز | حية، وقد تحتوي على بلاستيدات خضراء | البناء الضوئي وتخزين الغذاء |
| الكولنشيمي | سميكة بغير انتظام من السليلوز والبكتين | حية | القوة مع المرونة؛ فيسمح للساق بالانثناء مع الرياح دون أن تنكسر |
| الإسكلرنشيمي | مغلظة بالسليلوز واللجنين | غالبًا ميتة عند النضج | الدعامة والقوة الميكانيكية |
رابعًا: الرطوبة
الرطوبة: كمية بخار الماء الموجودة في الهواء، وتُقاس بجهاز الهيجرومتر. وأنسب رطوبة نسبية لراحة الإنسان تتراوح تقريبًا بين و.
تأثير الرطوبة في الإنسان:
- الرطوبة المرتفعة: تبطئ تبخر العرق من الجلد، فلا يبرد الجسم جيدًا، وقد يصاب الإنسان بـالإجهاد الحراري.
- الرطوبة المنخفضة (الهواء الجاف): تسبب جفاف الجلد والأغشية المخاطية، وتزيد فقد الماء فيتعرض الجسم لخطر الجفاف.
التنظيم الأسموزي: في الجو الجاف أو الحار يقل ماء الجسم، فتعيد الكليتان امتصاص كمية أكبر من الماء، فيصبح البول أكثر تركيزًا وأقل كمية.
تأثير الرطوبة في النبات: ارتفاع الرطوبة يقلل الفرق بين بخار الماء داخل الورقة وخارجها، فيقل معدل النتح.
أمثلة وتطبيقات
مثال 1: حوّل درجة الحرارة إلى الفهرنهايت.
الحل: ، ثم .
مثال 2: درجة غليان الماء النقي عند الضغط المعتاد. عبّر عنها بالكلفن والفهرنهايت.
الحل: ، و.
مثال 3: قرأ طالب ضغطًا جويًّا مقداره . احسبه بوحدة .
الحل: (حوالي ).
مثال 4: انخفض الضغط بين مكانين بمقدار . كم يساوي بوحدة ؟
الحل: .
ملاحظات مهمة
- لا تخلط بين الحرارة (طاقة) ودرجة الحرارة (مقياس للسخونة).
- عند التحويل من الكلفن إلى الفهرنهايت حوّل أولًا إلى السلزيوس.
- اتجاه الرياح دائمًا من الضغط المرتفع إلى المنخفض، وليس العكس.
- النسيج الكولنشيمي يعطي المرونة مع القوة، والإسكلرنشيمي يعطي الصلابة والدعامة لاحتواء جدره على اللجنين.
- ضيق التنفس في المرتفعات سببه نقص ضغط الأكسجين، مع أن نسبة الأكسجين في الهواء تكاد تكون ثابتة.
المفاهيم الأساسية
- درجة الحرارة: مقياس لسخونة الجسم أو برودته، و ، و .
- الحمل: انتقال الحرارة بحركة جزيئات المائع.
- الضغط الجوي: وزن عمود الهواء على وحدة المساحات، والمعتاد = .
- الأيزوبار: خطوط تصل بين أماكن متساوية الضغط.
- الهيموجلوبين: بروتين في خلايا الدم الحمراء ينقل الأكسجين.
- الرياح: حركة الهواء من الضغط المرتفع إلى المنخفض.
- الهيجرومتر: جهاز قياس الرطوبة.
- التنظيم الأسموزي: حفاظ الجسم على توازن الماء بإعادة امتصاصه في الكليتين.
ملخص الدرس
تقل درجة الحرارة في التروبوسفير بالارتفاع، وتنتقل الحرارة بالتوصيل والحمل والإشعاع، وتكيفت كائنات مثل ضفدع الخشب وسمكة الجليد والسحلية الشوكية مع ظروف الحرارة القاسية. الضغط الجوي هو وزن عمود الهواء ويقل بالارتفاع، وقيمته المعتادة ؛ وفي المرتفعات يقل الأكسجين فيزيد الجسم إنتاج خلايا الدم الحمراء. تتحرك الرياح من الضغط المرتفع إلى المنخفض، ويقاومها النبات بالأنسجة الكولنشيمية والإسكلرنشيمية. أما الرطوبة فتقاس بالهيجرومتر، وارتفاعها يبطئ تبخر العرق ويقلل النتح، وانخفاضها يسبب الجفاف.
أسئلة للتدريب
- حوّل إلى الكلفن والفهرنهايت.
- فسّر: يقل الضغط الجوي كلما ارتفعنا عن سطح البحر.
- لماذا يزيد إنتاج خلايا الدم الحمراء لدى سكان المرتفعات؟
- قارن بين النسيج الكولنشيمي والنسيج الإسكلرنشيمي.
- احسب بوحدة ضغطًا جويًّا مقداره .
- كيف تؤثر الرطوبة المرتفعة في الإنسان وفي معدل النتح في النبات؟