حاسبة كثافة الهواء

كثافة الهواء، عامل حاسم في علم الأرصاد الجوية، والطيران، وعلوم البيئة، تشير إلى الكتلة لكل وحدة حجم من غلاف الأرض الجوي. وهي تتغير مع الارتفاع ودرجة الحرارة والرطوبة والضغط الجوي.

الخلفية التاريخية

تم دراسة مفهوم كثافة الهواء منذ تطوير النظريات المبكرة في علم الأرصاد الجوية وديناميكا الموائع. وأصبحت أكثر أهمية مع تقدم علم الطيران والتنبؤات الجوية.

صيغة الحساب

تُحدد كثافة الهواء باستخدام قانون الغاز المثالي، مع تعديلات للرطوبة:

\[ \text{كثافة الهواء (كجم/م³)} = \frac{\text{ضغط الهواء الجاف (با)} - \text{ضغط بخار الماء (با)}}{R_{\text{specific}} \times \text{درجة الحرارة (كلفن)}} \]

حيث \( R_{\text{specific}} \) هو ثابت الغاز النوعي للهواء الجاف، تقريباً \( 287.05 \) جول/(كجم·كلفن).

مثال على الحساب

على سبيل المثال، مع الظروف التالية:

• ضغط الهواء الجاف: 101325 با (الضغط الجوي القياسي)
• ضغط بخار الماء: 2330 با
• درجة الحرارة: 288.15 كلفن (15 درجة مئوية بالكلفن)

\[ \text{كثافة الهواء} = \frac{101325 - 2330}{287.05 \times 288.15} \approx 1.225 \text{ كجم/م³} \]

أهمية وسيناريوهات الاستخدام

كثافة الهواء حاسمة ل:

1. الطيران: تؤثر على قوة الرفع لمحركات الطائرات وأدائها.
2. علم الأرصاد الجوية: ضرورية للتنبؤ بالطقس ودراسات المناخ.
3. علوم البيئة: تساعد في نمذجة تشتت التلوث.
4. الهندسة: حاسمة في العديد من تطبيقات ديناميكا الموائع.

الأسئلة الشائعة

1. كيف تؤثر درجة الحرارة على كثافة الهواء؟

   • تقل كثافة الهواء مع زيادة درجة الحرارة لأن الهواء الدافئ يتمدد ويصبح أقل كثافة.

2. لماذا تُعتبر الرطوبة في حسابات كثافة الهواء؟

   • تؤثر الرطوبة، الممثلة بضغط بخار الماء، على كتلة الهواء، مما يغير كثافته.

3. هل يمكن أن تتغير كثافة الهواء بشكل كبير مع الارتفاع؟

   • نعم، تقل كثافة الهواء مع زيادة الارتفاع بسبب انخفاض الضغط الجوي.