ชุดกิจกรรมความกดอากาศและลม

ชุดกิจกรรมการเรียนรู้แบบสืบเสาะ 5E เรื่อง ความกดอากาศและลม สำหรับนักเรีนชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 1

ข้อสอบก่อนเรียน ความกดอากาศและลม 1. เครื่องมือในข้อใดเป็เครื่องมือที่ใช้วัดความกดอากาศ ก. อะมิโนมิเตอร์ ข. แกลแวนอทิเตอร์ ค. บารอมิเตอร์ ง. เทอร์มอมิเตอร์ 2. ข้อใดเป็นคํากล่าวที่ถูกต้อง “อากาศในที่ระดับสูงมีความกดดันต่ำกว่าระดับน้ำทะเล เพราะ” ก. การเคลื่อนที่ของอากาศระดับสูงเคลื่อนที่ได้เร็วกว่าอากาศระดับต่ำ ข. อากาศในบริเวณที่สูงมีมวลเบาบางกว่าอากาศในบริเวณที่ต่ำ ค. อากาศในบริเวณที่สูงมีมวลสูงกว่าอากาศในบริเวณที่ต่ำ ง. อากาศในบริเวณที่ต่ำมีฝุ่นละอองมาก 3. การที่กังหันหมุนได้แสดงถึงสมบัติข้อใดของอากาศ ก. อากาศมีตัวตน ข. อากาศมีน้ําหนัก ค. อากาศมีอุณหภูมิ ง. อากาศมีแรงดัน 4. บริเวณใดควรมีอุณหภูมิต่ำสุด ก. หุบเขา ข. บนอาคารสูง ค. บนยอดเขาสูง ง. ชายทะเล 5. การเคลื่อนที่ของลมเป็นไปในลักษณะใด ก. จากหย่อมความกดอากาศสูงไปยังหย่อมความกดอากาศต่ำ ข. จากหย่อมความกดอากาศสูงไปสู่บริเวณความกดอากาศสูง ค. จากบริเวณความกดอากาศต่ำไปสู่หย่อมความกดอากาศต่ำ ง. จากบริเวณความกดอากาศต่ำไปสู่หย่อมความกดอากาศสูง

6. ปัจจัยที่ส่งผลต่อความดันอากาศมีกี่ข้ออะมิโนมิเตอร์ ก. 2 ข. 3 ค. 4 ง. 5 7. ข้อใดกล่าวถึงความกดอากาศไม่ถูกต้อง ก. อากาศต้องการที่อยู่ ข. อากาศมีน้ำหนัก ค. อากาศเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระ ง. อากาศสัมผัสไม่ได้ 8. ลมคืออะไร ก. อากาศที่เคลื่อนที่ ข. อากาศที่ร้อนมากๆ ค. อากาศที่เย็นมากๆ ง. อากาศที่แน่นิ่ง 9. ถ้าประเทศใกล้เคียงมีความกดอากาศสูงและอากาศเย็นกว่าประเทศ จะมีผลทำให้อากาศ ในประเทศไทยเป็นอย่างไร ก. ร้อนขึ้น ข. อุณหภูมิต่ำลง ค. คงที่ ง. เกิดพายุดีเปรชัน 10.ความกดอากาศกับความสูงจากระดับน้ำทะเลมีความสัมพันธ์กันในลักษณะใด ก. ความสูงลดลงความกดอากาศคงที่ ข. ความสูงลดลงความกดอากาศลงลง ค. ความสูงเพิ่มขึ้นความกดอากาศลดลง ง. ความสูงเพิ่มขึ้นความกดอากาศเพิ่มขึ้น

ความกดอากาศและการเกิดลม แม้ว่าอากาศจะเป็นก๊าซ แต่อากาศก็มีน้ำหนักเช่นเดียวกับของแข็งและของเหลว เรา เรียกน้ำหนักซึ่งกดทับกันลงมานี้ว่า “ความกดอากาศ” (Air pressure) ความกดอากาศจะมี ความแตกต่างกับแรงที่เกิดจากน้ำหนักกดทับตรงที่ ความกดอากาศมีแรงดันออกทุกทิศทุกทาง เช่นเดียวกับแรงดันของอากาศในลูกโป่ง ภาพที่ 1 บารอมิเตอร์ชนิดปรอท อุปกรณ์วัดความกดอากาศ เรียกว่า “บารอมิเตอร์” (Barometer) หากเราบรรจุปรอท ใส่หลอดแก้วปลายเปิด แล้วคว่ำลงตามภาพ ปรอทจะไม่ไหลออกจากหลอดจนหมด แต่จะหยุด อยู่ที่ระดับสูงประมาณ 760 มิลลิเมตร เนื่องจากอากาศภายนอกกดดันพื้นที่หน้าตัดของอ่าง ปรอทไว้ ความกดอากาศมีหน่วยวัดเป็น “มิลลิเมตรปรอท” “นิ้วปรอท” และ “มิลลิบาร์” โดย ความกดอากาศที่พื้นผิวโลกที่ระดับน้ำทะเลปานกลาง มีค่าเท่ากับ 760 มิลลิเมตรปรอท (29.92 นิ้วปรอท) หรือ 1013.25 มิลลิบาร์ ในปัจจุบันนักอุตุนิยมวิทยานิยมใช้“มิลลิบาร์” เป็นหน่วยมาตรฐานในการวัดความกด อากาศ 1 มิลลิบาร์ = แรงกด 100 นิวตัน/พื้นที่ 1 ตารางเมตร โดยที่แรง 1 นิวตัน คือ แรงที่ใช้ในการเคลื่อนมวล 1 กิโลกรัม ให้เกิดความเร่ง 1 (เมตร/วินาที)/วินาที

ปัยจัยที่มีอิทธิพลต่อความกดอากาศ ยิ่งสูงขึ้นไป อากาศยิ่งบาง อุณหภูมิยิ่งต่ำ ความกดอากาศยิ่งลดน้อยตามไปด้วย เพราะฉะนั้น ความกดอากาศบนยอดเขา จึงมักจะน้อยกว่าความกดอากาศที่เชิงเขา อากาศเย็นมีความหนาแน่นมากกว่าอากาศร้อน จึงมีความกดอากาศมากกว่า เรียกว่า “ความกดอากาศสูง” (High pressure) ในแผนที่อุตุนิยมจะใช้อักษร“H” สีน้ำ เงิน เป็นสัญลักษณ์ (ดูภาพที่ 2) อากาศร้อนมีความหนาแน่นน้อยกว่าอากาศเย็น จึงมีความกดอากาศน้อยกว่า เรียกว่า “ความกดอากาศต่ำ” (Low pressure) ในแผนที่อุตุนิยมจะใช้อักษร “L” สีแดง เป็น สัญลักษณ์ ภาพที่ 2 แผนที่แสดงเกรเดียนของความกดอากาศ และทิศทางลม

การเคลื่อนที่ของอากาศ การพาความร้อน (Convection) ในบรรยากาศ ทำให้เกิดการเคลื่อนตัวของอากาศ ทั้งแนวตั้งและแนวราบ กระแสอากาศแนวตั้ง: - บริเวณความกดอากาศต่ำ (L) อากาศร้อนเหนือพื้นผิว ยกตัวขึ้นแล้วอุณหภูมิลด ต่ำลง ทำให้เกิดการควบแน่นเป็นเมฆและฝน - บริเวณความกดอากาศสูง (H) อากาศเย็นด้านบนมีอุณหภูมิต่ำ เคลื่อนเข้ามา แทนที่อากาศร้อนที่อยู่เหนือพื้นผิว ทำให้เกิดแห้งแล้ง เนื่องจากอากาศเย็นมีไอ น้ำน้อย กระแสอากาศแนวดิ่ง: อากาศเย็นมีมวลและความหนาแน่นมากกว่าอากาศร้อน กระแส อากาศจึงเคลื่อนตัวจากหย่อมความกดอากาศสูง (H) ไปยังหย่อมความกดอากาศต่ำ (L) ทำ ให้เกิดการกระจายและหมุนเวียนอากาศไปยังตำแหน่งต่างๆ บนผิวโลก เราเรียกกระแส อากาศซึ่งเคลื่อนตัวในแนวราบว่า “ลม” (Wind) ภาพที่ 3 แผนที่อากาศ

แผนที่อากาศในภาพที่ 3 แสดงให้เห็นความแตกต่างของความกดอากาศบน พื้นผิวโลก เส้นวงรอบความกดอากาศ เรียกว่า “ไอโซบาร์” (Isobars) พื้นที่ใต้เส้นไอโซ บาร์เดียวกันมีความกดอากาศเท่ากัน และความกดอากาศระหว่างเส้นไอโซบาร์แต่ละเส้น จะมีค่าเท่ากัน ดังเช่น เส้นไอโซบาร์แต่ละเส้นจะมีค่าความกดอากาศต่างกัน 6 มิลลิบาร์ หรือ 6 hPa เป็นต้น ปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อลม แรงเกรเดียนของความกดอากาศ (Pressure-gradiant force) พื้นผิวโลกแต่ละ บริเวณได้รับพลังงานจากดวงอาทิตย์ไม่เท่ากัน พื้นที่ดังกล่าวจึงมีอุณหภูมิและความดัน อากาศแตกต่างกันไป บนแผนที่อุตุนิยมจะมีเส้นแสดงความกดอากาศเท่ากัน เรียกว่า “ไอ โซบาร์” (Isobars) เส้นไอโซบาร์แต่ละเส้นจะมีค่าความกดอากาศแตกต่างเท่าๆ กัน เช่น แตกต่างกันทุกๆ 6 มิลลิบาร์เป็นต้น (ภาพที่ 3) แรงเกรเดียนของความกดอากาศ = ความกดอากาศที่แตกต่าง / ระยะทางระหว่างตำแหน่งทั้งสอง ถ้าหากเส้นไอโซบาร์อยู่ใกล้ชิดกันแสดงว่า ความกดอากาศเหนือบริเวณนั้นมีความ แตกต่างกันมาก หรือมีแรงเกรเดียนมาก จึงมีลมพัดแรง แต่ถ้าเส้นไอโซบาร์อยู่ห่างกัน แสดงว่า ความกดอากาศเหนือบริเวณนั้นมีความแตกต่างกันเพียงเล็กน้อย หรือมีแรง เกรเดียนน้อย แสดงว่ามีลมพัดอ่อน แรงโคริออริส (Coriolis) เป็นแรงเสมือนซึ่งเกิดจากการที่โลกหมุนหมุนรอบตัวเอง ในภาพที่ 3 บน แสดงให้ เห็นว่า หากโลกไม่หมุนรอบตัวเอง การยิงจรวดจากขั้วโลกเหนือไปยังเป้าหมายบน ตำแหน่งที่เส้นศูนย์สูตรตัดกับเส้นแวงที่ 90° จะได้วิถีของจรวดเป็นเส้นตรง โดยสมมุติให้ จรวดใช้เวลาเดินทางจากจุดปล่อยไปยังเป้าหมายใช้เวลาเดินทาง 1 ชั่วโมง ในภาพที่ 3 ล่าง อธิบายถึงการเกิดแรงโคริออริส เนื่องจากโลกหมุนรอบตัวเอง 1 รอบใช้เวลา 24 ชั่วโมง เมื่อเวลาผ่านไปหนึ่งชั่วโมง นับตั้งแต่จรวดถูกปล่อยออกจากจุด ปล่อยไปยังเป้าหมาย การหมุนของโลกทำให้วิถีของจรวดเป็นเส้นโค้ง และเคลื่อนไปตกบน เส้นแวงที่ 105° เนื่องจากหนึ่งชั่วโมงโลกหมุนไปได้ 15° (105° - 90° = 15°)

ภาพที่ 4 แรงโคริออริส แรงโคริออริสไม่มีอิทธิพลต่อกระแสลมที่บริเวณเส้นศูนย์สูตร แต่จะมีอิทธิพลมากขึ้นใน ละติจูดที่สูงเข้าใกล้ขั้วโลก แรงโคริออริสทำให้ลมในซีกโลกเหนือเบี่ยงเบนไปทางขวา และทำ ให้ลมในซีกโลกใต้เบี่ยงเบนไปทางซ้าย ภาพที่ 5 แสดงให้เห็นว่า ในบริเวณซีกโลกเหนือ แรงโค ริออริสทำให้มวลอากาศรอบหย่อมความกดอากาศต่ำ (L) หรือ “ไซโคลน” (Cyclone) หมุน ตัวทวนเข็มนาฬิกาเข้าสู่ศูนย์กลาง และมวลอากาศรอบหย่อมความกดอากาศสูง (H) “แอนติ ไซโคลน” (Anticyclone) หมุนตัวตามเข็มนาฬิกาออกจากศูนย์กลาง ในบริเวณซีกโลกใต้ “ไซโคลน” จะหมุนตัวตามเข็มนาฬิกา และ “แอนติไซโคลน” จะหมุนตัวทวนเข็มนาฬิกา ตรงกันข้ามกับซีกโลกเหนือ ภาพที่ 5 ไซโคลน และ แอนติไซโคลน ในซีกโลกเหนือ

แรงเสียดทาน (Friction) เป็นแรงที่เกิดจากความขรุขระของผิวโลก ทำให้เกิด ความต้านทางการเคลื่อนที่ของอากาศ แรงเสียดทานมีอิทธิพลเฉพาะกับอากาศบริเวณใกล้ พื้นผิว ซึ่งอยู่เหนือขึ้นไปเพียงไม่กี่กิโลเมตร แรงเสียดทานมีผลกระทบต่อความเร็วลม และ ก่อให้เกิดกระแสอากาศปั่นป่วน (Turbulence) ซึ่งมีปัจจัยควบคุม 3 ประการคือ ความร้อนที่ผิวดิน ถ้าอากาศเหนือพื้นผิวร้อนมาก ก็จะทำให้เกิดกระแสอากาศ ปั่นป่วนอย่างรุนแรง (ในลักษณะเดียวกับน้ำเดือดในภาชนะ) กระแสลม ถ้ากระแสลมแรง ก็จะทำให้เกิดกระแสอากาศปั่นป่วนอย่างรุนแรง ลักษณะภูมิประเทศ บริเวณภูเขาและหุบเขา จะมีกระแสอากาศปั่นป่วนกว่า บริเวณที่เป็นพื้นราบ อุปกรณ์วัดลม อุปกรณ์วัดทิศทางลม (Wind Vane) ประกอบด้วย 2 ส่วนคือ เครื่องวัดทิศทางลม มีรูปร่างคล้ายเหมือนลูกศร กระแสลมปะทะเข้ากับแผ่นหาง เสือที่ปลายลูกศร ทำให้หัวลูกศรชี้เข้าหาทิศทางที่กระแสลมพัดมาตลอดเวลา แป้นบอกทิศทาง ทำหน้าที่เสมือนหน้าปัด มีอักษรบอกทิศหลักสี่ทิศ คือ ทิศเหนือ (N) ทิศตะวันออก (E) ทิศใต้ (S) และทิศตะวันตก (W) สำหรับแป้นบอกทิศทางชนิด ละเอียด จะมีแบ่งหน้าปัดแบ่งทิศออกเป็น 360 องศา โดยมีจุดเริ่มต้นเป็นทิศเหนือ แล้ว นับมุมตามเข็มนาฬิกาไปทางขวา ดังภาพที่ 6 ภาพที่ 6 หน้าปัดแสดงทิศทางลม

อุปกรณ์วัดความเร็วลม (Anemometer) มีรูปร่างเหมือนใบพัดเครื่องบิน หรือ กรวยดักลม มีหลักการทำงานเหมือนเช่นเดียวกับเครื่องวัดความเร็วในรถยนต์ เมื่อกระแส ลมพัดมาปะทะใบพัด (กรวยดักลม) จะทำให้แกนหมุนและส่งสัญญาณจำนวนรอบมาให้ เครื่องคำนวณเป็นค่าความเร็วลมอีกทีหนึ่ง โดยมีหน่วยวัดเป็นเมตรต่อวินาที ภาพที่ 7 เครื่องวัดความเร็วลม

ใบงานที่ 1 สมบัติของอากาศ และความกดอากาศ ณ ความสูงต่างๆ จากระดับน้ำทะเล

แบบจำลองแสดงความสัมพันธ์ระหว่างความกดอากาศกับความสูงจากพื้นโลก

ใบงานที่ 2 อุณหภูมิกับความกดอากาศบนผิวโลก

ใบงานที่ 3 เครื่องมือวัดทิศทางและอัตราเร็วลม

เฉลยใบงานที่ 1 สมบัติของอากาศ และความกดอากาศ ณ ความสูงต่างๆ จาก ระดับน้ำทะเล

เฉลยใบงานที่ 2 อุณหภูมิกับความกดอากาศบนผิวโลก

เฉลยใบงานที่ 3 เครื่องมือวัดทิศทางและอัตราเร็วลม

ข้อสอบหลังเรียน ความกดอากาศและลม 1. เครื่องมือในข้อใดเป็เครื่องมือที่ใช้วัดความกดอากาศ ก. อะมิโนมิเตอร์ ข. แกลแวนอทิเตอร์ ค. บารอมิเตอร์ ง. เทอร์มอมิเตอร์ 2. ข้อใดเป็นคํากล่าวที่ถูกต้อง “อากาศในที่ระดับสูงมีความกดดันต่ำกว่าระดับน้ำทะเล เพราะ” ก. การเคลื่อนที่ของอากาศระดับสูงเคลื่อนที่ได้เร็วกว่าอากาศระดับต่ำ ข. อากาศในบริเวณที่สูงมีมวลเบาบางกว่าอากาศในบริเวณที่ต่ำ ค. อากาศในบริเวณที่สูงมีมวลสูงกว่าอากาศในบริเวณที่ต่ำ ง. อากาศในบริเวณที่ต่ำมีฝุ่นละอองมาก 3. การที่กังหันหมุนได้แสดงถึงสมบัติข้อใดของอากาศ ก. อากาศมีตัวตน ข. อากาศมีน้ำหนัก ค. อากาศมีอุณหภูมิ ง. อากาศมีแรงดัน 4. บริเวณใดควรมีอุณหภูมิต่ำสุด ก. หุบเขา ข. บนอาคารสูง ค. บนยอดเขาสูง ง. ชายทะเล 5. การเคลื่อนที่ของลมเป็นไปในลักษณะใด ก. จากหย่อมความกดอากาศสูงไปยังหย่อมความกดอากาศต่ำ ข. จากหย่อมความกดอากาศสูงไปสู่บริเวณความกดอากาศสูง ค. จากบริเวณความกดอากาศต่ำไปสู่หย่อมความกดอากาศต่ำ ง. จากบริเวณความกดอากาศต่ำไปสู่หย่อมความกดอากาศสูง

6. ปัจจัยที่ส่งผลต่อความดันอากาศมีกี่ข้ออะมิโนมิเตอร์ ก. 2 ข. 3 ค. 4 ง. 5 7. ข้อใดกล่าวถึงความกดอากาศไม่ถูกต้อง ก. อากาศต้องการที่อยู่ ข. อากาศมีน้ำหนัก ค. อากาศเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระ ง. อากาศสัมผัสไม่ได้ 8. ลมคืออะไร ก. อากาศที่เคลื่อนที่ ข. อากาศที่ร้อนมากๆ ค. อากาศที่เย็นมากๆ ง. อากาศที่แน่นิ่ง 9. ถ้าประเทศใกล้เคียงมีความกดอากาศสูงและอากาศเย็นกว่าประเทศ จะมีผลทำให้อากาศ ในประเทศไทยเป็นอย่างไร ก. ร้อนขึ้น ข. อุณหภูมิต่ำลง ค. คงที่ ง. เกิดพายุดีเปรชัน 10.ความกดอากาศกับความสูงจากระดับน้ำทะเลมีความสัมพันธ์กันในลักษณะใด ก. ความสูงลดลงความกดอากาศคงที่ ข. ความสูงลดลงความกดอากาศลงลง ค. ความสูงเพิ่มขึ้นความกดอากาศลดลง ง. ความสูงเพิ่มขึ้นความกดอากาศเพิ่มขึ้น

เฉลยข้อสอบ ก่อน – หลังเรียน 1. ค 2. ข 3. ง 4. ค 5. ก 6. ข 7. ง 8. ก 9. ข 10.ค