شما هم می‌توانید یک نسیم دریایی ایجاد کنید!

یک روز گرم تابستانی، بهترین زمان برای رفتن به ساحل و خنک شدن در آب‌ اقیانوس‌های پرتلاطم است؛ اما فقط آب دریاها نیست که اثر خنک کنندگی دارد. آیا تا به حال متوجه شده‌اید، همیشه این گونه به نظر می‌رسد که گویا نسیم خنکی از سمت دریا به ساحل می‌وزد؟ این نسیم از کجا می‌آید؟ در این مطلب شما مدلی از اقیانوس و ساحل را، برای فهمیدن این موضوع خواهید ساخت و در نتیجه متوجه خواهید شد که چرا نسیم دریایی وجود دارد؟

پیش زمینه

اگر از شما خواسته شود که باد را توصیف کنید، ممکن است این گونه پاسخ دهید که باد حرکت و جا به جایی هوا از یک مکان به مکانی دیگر است. اما آیا تا به حال به این موضوع فکر کرده‌اید که چه چیزی باعث حرکت هوا می‌شود؟ کل این فرآیند با گرم شدن سطح کره‌ی زمین توسط خورشید آغاز می‌شود. با این وجود، همه‌ی سطوح به طور یکسانی گرم نمی‌شوند. بعضی از سطوح به زمان طولانی برای گرم شدن نیاز دارند در صورتی که برخی دیگر به طور آنی و در لحظه گرم می‌شوند. این موضوع به دلیل ظرفیت‌های گرمایی ویژه مختلف اجسام و سطوح متفاوت می‌باشد. سطح‌هایی با ظرفیت گرمایی کم به سرعت گرم و به سرعت سرد می‌شوند ولی سطوح با ظرفیت گرمایی بیشتر برای رسیدن به چنین تغییراتی، به زمان‌های طولانی‌تری نیاز دارند. آب ظرفیت گرمایی ویژه‌ی بالایی دارد و این به این معنی است که بسیار طول می‌کشد تا آب گرم شده و درجه‌ی حرارتش افزایش پیدا کند. از طرف دیگر، ماسه‌های ساحلی دریا دارای ظرفیت گرمایی ویژه کمتری هستند و در زیر نور آفتاب سریعا گرم می‌شوند؛ این چیزی است که احتمالا شما زمانی که با پای برهنه روی شن‌های ساحلی راه می‌روید، متوجه شده اید. اما اختلاف دمای آب و ماسه، چگونه باعث ایجاد باد می‌شود؟

هوای موجود بر روی سطح ساحل به علت حرارت ماسه‌ها، گرم می‌شود. با افزایش دمای این قسمت از هوا، هوای روی ساحل منبسط شده، چگالی آن کاهش می‌یابد و شروع به حرکت به سمت بالا می‌کند. هوای در حال انبساط موجب کاهش فشار هوا می‌شود (منظور مقدار فشاری است که از سمت هوا به سطح زمین در مناطق مشخصی وارد می‌شود). هوای گرم به قسمت‌های بالاتر می‌رود و باعث کم‌تر شدن فشار هوا می‌شود در صورتی که هوای سرد و چگال، باعث ایجاد فشار هوای زیاد است. در قسمت‌های بالای اقیانوس به علت دمای کمتر آب اقیانوس‌ها، دمای هوا کاهش می‌یابد و باعث افزایش چگالی هوا و در نتیجه فشار هوای بالا در نواحی موضعی می‌شود.

اختلاف فشار هوا به وجود آمده در بالای ساحل و اقیانوس باعث ایجاد جریان های هوایی می‌شود که ما آن را به عنوان باد می‌شناسیم. در تلاشی برای به تعادل رساندن فشار در بین دو منطقه، هوا از منطقه فشار بالا (اقیانوس) به منطقه کم فشارتر (ساحل) حرکت می‌کند و هوای در حال بالا رفتن را جا به جا می‌کند. پی آمد این جریان هوای به وجود آمده، نسیم خنکی است که از سمت اقیانوس به ساحل می‌وزد. قدرت بادهای ساحلی به تفاوت دما بین خشکی و اقیانوس بستگی دارد. اختلاف دمایی بیشتر باعث ایجاد بادهای شدیدتر می‌شوند. در طول شب نیز این نسیم دریایی تبدیل به نسیم خشکی می‌شود، چون که پس از غروب خورشید ماسه‌ها به علت ظرفیت گرمایی کم‌ترشان بسیار سریع‌تر از آب دریا خنک می‌شوند. هنگامی که دمای شن و ماسه کم‌تر از اقیانوس می‌شود، الگوی جریان هوا تغییر می‌کند. آیا می‌خواهید خودتان این روند را ببینید؟ نسیم دریایی خود را ایجاد کنید بدون این که به هیچ ساحل یا اقیانوس واقعی نیاز داشته باشید!

بیشتر بخوانید:

مواد مورد نیاز

دو ظرف مخصوص آشپزی هم اندازه، ترجیحا از جنس شیشه
شن و ماسه (به اندازه‌ای که برای پر کردن یکی از ظرف‌ها کافی باشد)
فضای برای انجام آزمایش که هیچ گونه باد یا جریانی از هوا نداشته باشد
قابلمه
اجاق گاز
چوب بخور دادن
فندک یا کبریت
یک همکار بزرگسال
آب یخ
آب گرم
فریزر
جعبه ی بزرگ مقوایی (اختیاری، برای جلوگیری از هرگونه باد)
دماسنج (اختیاری)

روش آماده سازی

ماسه‌ها را در یک قابلمه ریخته و به کمک یک فرد بزرگتر، روی اجاق گاز آن را حرارت دهید تا جایی که کاملا گرم شود (در حدود ۷۰تا ۸۰ درجه‌ی سانتی گراد).

دستور العمل

ماسه‌ی داغ را در یکی از ظروف آشپزی بریزید. با دقت زیاد شن و ماسه‌ی داغ را با انگشتان خود لمس کنید، چقدر داغ به نظر می‌رسند؟
ظرف آشپزی دیگر را با آب یخ پر کنید. آب را با انگشتانتان لمس کرده و به دمای آن توجه کنید. آب چقدر سرد به نظر می‌رسد؟
در جایی که هیچ جریان هوای خارجی وجود ندارد، دو ظرف را در کنار هم قرار دهید. می‌توانید از یک جعبه‌ی مقوایی برای حفاظت ظرف‌ها از جریان هوا استفاده کنید.
اطمینان حاصل کنید که هیچ جریان هوایی بر روی ظروف وجود نداشته باشد. سپس به کمک یک شخص بزرگتر، چوب بخور (چوب بخور یا همان عود و یا داربوی، تکه چوبیست بریده شده از درختی خاص که چون آن را می‌سوزانند دودی خوش‌بو از آن حاصل می‌شود) را با فندک یا کبریت روشن کنید. زمانی که مقدار زیادی دود درست کرد، آن را بین ظرف ماسه‌ی داغ و ظرف آب یخ قرار داده یا نگه دارید. به مدت تقریبا یک دقیقه به جهت حرکت دود تولید شده بر روی ظرف ها توجه کنید. این دود به کدام سمت حرکت می‌کند؟ به طرف ظرف ماسه می‌رود یا به طرف ظرف آب یخ؟ می‌توانید علت را توضیح دهید؟
هر دو ظرف را خالی کنید و اجازه بدهید که ماسه به دمای اتاق برسد. سپس یکی از ظرف‌ها را با ماسه هایی پر کنید که دمایی در حد دمای اتاق دارند و ظرف دیگر را نیز با آب تقریبا هم دما با محیط پر کنید. به کمک حس لامسه‌ی انگشت خود، دمای آب و ماسه را به صورت تقریبی بسنجید. آیا دمای این دو ظرف با هم تفاوت زیادی دارند؟
باز هم در مکانی که در مقابل جریان ‌های خارجی هوا محافظت شده باشد، دو ظرف را در کنار یکدیگر قرار دهید. از چوب بخوری مشابه حالت قبل استفاده کرده و پس از روشن کردن، آن را بین دو ظرف نگه دارید. این بار دود به چه سمتی حرکت کرده و جا به جا می‌شود؟
در حالت بعدی، ظرف حاوی شن و ماسه را به مدت حدود ۱۰ تا ۱۵ دقیقه درون فریزر قرار دهید. در طول مدت سرد شدن ماسه، ظرف آب را روی اجاق گاز گذاشته و آب را تا دمایی بین هفتاد تا هشتاد درجه‌ی سلسیوس گرم کرده و آب هم دما با محیط موجود در ظرف دوم را با این آب داغ جا به جا کنید.
هنگامی که شن و ماسه خنک شده و نیز گرم شد، دوباره در مکان محفوظ از باد و جریان هوا، دو ظرف را در مجاورت هم قرار دهید.
بار دیگر چوب بخور را بین دو ظرف قرار داده و به جهت حرکت دود حاصل توجه کنید. دود به سمت ظرف شن می‌رود یا به سمت ظرف آب؟ آیا شما قادر به توضیح علت این اتفاق هستید؟
نکته فوق العاده: این آزمایش را با تفاوت دماهای مختلفی بین آب و ماسه تکرار کنید. اختلاف دما چقدر باید باشد تا بتوانیم نسیم دریایی یا نسیم خشکی را مشاهده کنیم؟
نکته فوق العاده: نتایج حاصل در صورت وجود باد و جریان‌های هوایی بیرونی چگونه و چقدر تحت تاثیر قرار خواهند گرفت؟ پوشش محافظتی در برابر باد را از آزمایش خود حذف کرده و آزمایش را در یک مکان در حضور باد تکرار کنید تا متوجه شوید که جریان هوای آزمایشتان چگونه تغییر می‌کند؟
نکته فوق العاده: به نظر شما نتایج حاصل از این آزمایش در یک ساحل از جنس ریگ و سنگ ریزه تغییر می‌کند؟ برای کشف پاسخ این سوال بار دیگر آزمایش را انجام دهید به این صورت که این بار به جای یک ظرف ماسه از ظرفی حاوی سنگ ریزه استفاده کنید.

تمیز کاری

اطمینان حاصل کنید که به طور کامل چوب بخور را خاموش کرده‌اید. ماسه‌ها را دور بریزید؛ البته در صورتی که اجازه چنین کاری را دارید یا آن‌ها را در سطل زباله‌ بگذارید. ظرف‌های مخصوص آشپزی را با آب گرم و شوینده‌ی صابونی خوب شسته و تمیز کنید.

مشاهدات و نتایج

آیا متوجه شدید که چگونه توانستید یک مدل ساحلی کوچک ایجاد کنید؟ ظرف حاوی شن و ماسه نشانگر ساحل و ظرف دارای آب نشانگر اقیانوس بود. شما ماسه‌ها را روی اجاق گاز حرارات داده و گرم کردید، همان گونه که نور خورشید ماسه‌های ساحلی را گرم می‌کند. تاکنون باید متوجه شده باشید که زمانی که شن و ماسه بسیار گرم‌تر از آب موجود باشد، دود تولید شده توسط چوب بخور به طور یکنواختی از سمت ظرف آب به سمت ظرف ماسه جریان می‌یابد. این جریان هوا به علت وجود اختلاف دمایی بین محتویات دو ظرف (آب و ماسه) به وجود می‌آید. دمای هوای موجود بر روی شن‌های گرم، افزایش یافته و با کاهش چگالی آن، این بخش از هوا شروع به بالا رفتن می‌کند. به این علت که یک منطقه‌ی موضعی فشار کم به وجود می‌آید. هوای موجود بر روی ظرف حاوی آب، به تدریج سرد شده و چگالی آن افزایش می‌یابد و این بار یک منطقه‌ی موضعی فشار بالا به وجود می‌آورد. برای به تعادل رساندن فشار هوا در منطق مجاور هم، هوا از ناحیه‌ی موضعی فشار بالا (بر روی ظرف پر از آب سرد) به طرف ناحیه‌ی موضعی فشار پایین (بر روی ظرف پر از ماسه داغ) حرکت می‌کند. دود موجود در محیط نیز به همراه جریان هوای ذکر شده در همان جهت منتقل می‌شود.

اگر شما این اختلاف دما را از بین ببرید، همانطور که در آزمایش دوم خود انجام دادید، هیچ جریانی از هوا ایجاد نخواهد شد. هوای موجود بر روی آب و ماسه، فشار یکسانی خواهند داشت و به همین علت است که شما نمی‌بینید که دود حاصل در جهت خاصی حرکت کند، مگر این که یک جریان هوای خارجی وجود داشته باشد. شما در آخرین آزمایش، یک نسیم ساحلی ایجاد کردید که از سمت ماسه‌ها به سمت ظرف آب جریان داشت. این پدیده در شب‌ها رخ می‌دهد که زمانی است که جهت حرکت هوا از سمت ساحل به دریا است. در این وضعیت دمای ماسه کم‌تر از آب بوده و جهت وزش نسیم را به دلیل تغییرات فشار هوا در بالای ساحل و اقیانوس تغییر می دهد.