شلمبرجير
 
تحدي هندسي
اصنع مقياس المطر الخاص بك

SEED
 

إن قياس كمية المطر المتساقط مهم جدا في إدارة إمدادات المياه العذبة للزراعة والاستخدامات الأخرى. يتمثل تحدي SEED الهندسي هذا في تصميم وإنشاء مقياس مطر سيقيس هطول المعدل بدقة قدر الإمكان. إقرأ هذا التاريخ القصير لمقاييس المطر، ثم اصنع واحدا خاصا بك.

اصنع مقياس المطر الخاص بك
قياس هطول المطر: تاريخ موجز
إرشادات
مقياس مطر إلكتروني
أداة تجارية لقياس المطر
وصلات متعلقة

Rain gauge
مقياس المطر "الرسمي" الذي حدده مكتب الولايات المتحدة للطقس.

قياس هطول المطر: تاريخ موجز

قام الناس بقياس هطول المطر لآلاف من السنين. وقد دونت السجلات الأقدم في اليونان في عام 500 قبل الميلاد تقريبا. وبعد قرن أو أكثر، أرسل الحكام الهنود آنية للقرى في مملكتهم كأداة رسمية لقياس المحصول المحتمل للمزارعين. اتسخدمت قياسات هطول المطر هذه لتحديد ضرائب أراضي المزارعين.

مقياس المطر القياسي

تم اختراع مقياس المطر الأكثر شيوعا – المستخدم حاليا بواسطة أقسام الرصد الرسمية والمطارات- قبل أكثر من 100 عام. وهو يتألف من اسطوانة كبيرة مع قمع وأنبوب قياس أصغر داخلها. يبلغ طول مقياس المطر "الرسمي" الذي حدده مكتب الولايات المتحدة للطقس 50 سم بأنبوب قطره 20 سم. يتم تجميع الماء في أنبوب قياس يمتلك عشر المنطقة المقطعية العرضية لسطح القمع. نتيجة لذلك، فإن ارتفاع الماء المجمع في أنبوب القياس يبلغ بالضبط 10 أضعاف ما سيكون عليه لو تم تجميعه في الاسطوانة لوحدها. مثلا، من شأن عشر واحد لسنتيمتر من هطول المطر أن يملأ سنتيمتر واحد من أنبوب القياس. إن هذه المبالغة بارتفاع الماء في الأنبوب يمكن علماء الأرصاد الجويين من إجراء قياسات دقيقة لهطول المطر. يتم تدريج عصاه قياس خاصة في أنبوب القياس لأخذ المبالغة بعين الاعتبار.

يمكن لمقياس المطر القياسي أن يقيس ما مقدراه 5 سم من المطر (1.97 بوصة). إذا تجاوز هطول المطر خمس سمنتيمتر، يفيض الماء داخل الاسطوانة المحيطة بأنبوب القياس. ولحساب إجمالي كيمة المطر، يقوم المشرف بإفراغ 5 سم في أنبوب القياس الكامل، ثم يأخذ الماء الموجود في الاسطوانة ويسكبه بحذر في الأنبوب الفارغ حاليا. بإضافة هذا العيار إلى السنتيمترات الخمس، ينتج المقدار النهائي لكمية المطر.

Mechanical drum
برميل ميكانيكي يسجل مقياس المطر.
مصدر الصورة Lambrecht GmbH.

معرفة متى يسقط المطر

يعتبر مقياس المطر الموصوف أعلاه دقيق جدا، إلا أن القياسات تجرى فقط عندما يقوم شخص بإفراغ الماء. وقد يتم هذا مرة يوميا أو أقل. إن إحدى طرق تسجيل زمن سقوط المطر هي استخدام مسجل ميكانيكي برميلي. هنالك عوامة ملتصقة بقلم داخل اسطوانة تجميع المياه. فإن ارتفع مستوى الماء في الاسطوانة، ترتفع العوامة ويتتبع قلم التسجيل التغير في الارتفاع على مخطط. يتصل المخطط ببرميل بآلية ساعة يدور ببطء. عندما تمتلئ اسطوانة التجميع، تقوم بالتفريغ تلقائيا عبر أنبوب سيفون داخل علبة تجميع أكبر تحتها. . وعندما يحدث هذا، يغطس قلم التسجيل من أقصى حد إلى خط الصفر للمخطط وإن استمر المطر بالهطول، يبدأ في تسجيل خط متصاعد مرة أخرى. يجب استبدال المخطط بانتظام - أسبوعيا أو شهريا عادة- في الوقت الذي يتم فيه قياس محتويات علبة التجميع أيضا.

 

Chart
مخطط من مقياس مطر لبرميل تسجيل ميكانيكي.

مقياس المطر ذو الجدول المنقلب

Tipping bucket
مقياس مطر تجاري ذو جدول منقلب.
مصدر الصورة Lambrecht GmbH.

في عام 1622، صمم المعماري الإنجليزي السير كريستوفر رن أول مقياس مطر من نوع الجدول المنقلب. المنقلب يقوم الجهاز بشق ثقب في شريط ورقي بعد حجم معين من سقوط المطر. . ما زال مقياس المطر ذو الجدول المنقلب مستخدما بشكل واسع، لكنه يستخدم أدوات قياس إلكترونية عوضا عن الشريط الورقي لتسجيل حجم وزمن سقوط المطر.

يسجل مقياس المطر ذو الجدول المنقلب الزمن الذي يقلب فيه أحد الجدولين المصممين لهذا الغرض، الأمر الذي يحدث عندما يسقط حجم معين من الماء فيه (عادة 0.1 سم أو 0.1 بوصة). عندما ينقلب أحد الجدولين، يتحرك الآخر بسرعة للمكان المخصص لاستيعاب الوحدة التالية من المطر المتساقط. وفي كل مرة ينقلب فيها الجدول، يتم إرسال إشارة إلكترونية لمسجل موصول بساعة. في معظم مقاييس الجداول المنقلبة، يرشح الماء من القاع، وهكذا ليس هنالك حاجة لإفراغه يدويا. ويتيح هذا الجهاز تحديد كمية المطر الذي هطل أثناء فترات زمنية معينة دون حضور أي شخص في محطة الطقس. إضافة لمعرفة حجم المطر الذي سقط خلال فترة زمنية محددة، من المفيد أيضا معرفة كثافته. على سبيل المثال، يمكن لخمس سنتيمترات تسقط طوال يوم معين أن ترشح بأمان، إلا أن نفس الكمية المتساقطة خلال ساعة واحدة قد تتسبب بفيضان فوري.

Chart



مخطط من مقياس المطر ذو جدول منقلب بمعدل يومي.

 

يعتبر مقياس المطر ذو الجدول المنقلب جيد بشكل خاص في قياس هطول المطر الخفيف إلى المتوسط. وخلال سقوط خفيف جدا للمطر، فإن المطر المتجمع في جدول قد لا يكون كافيا لقلبه وقد يتبخر قبل إضافة المزيد. وخلال السقوط الغزير جدا للمطر، مثل العواصف الرعدية، قد يستمر الماء بالانهمار على الجدول بينما يقوم بالتفريغ، قبل أن يتحرك الجدول التالي إلى المكان المخصص. نتيجة لذلك، فإن مقياس المطر ذو الجدول المنقلب يبخس تقدير كمية المطر. وقد ينتج الفشل أيضا بسبب آلية القلب التي تتعطل، وغالبا بفعل شبكة العنكبوت. علاوة على ذلك، قد يعمل البرد، الثلج، أعشاش الطيور، الحشرات، بيوت العناكب، وأوراق النباتات على سد القمع، مما يؤدي إلى فيضان. لهذا السبب، من الشائع وضع مقياسين منفصلين متجاورين، بحيث يمكن كشف الأخطاء وتصحيحها بسرعة.

مقياس المطر محدد الوزن

هنالك نوع آخر من المقاييس هو مقياس المطر محدد الوزن. لذي يتكون من وعاء يجلس على ميزان. يتم ضبط المقياس حسب الوعاء فيقيس وزن الماء المجمع.

SEED
اصنع مقياس المطر الخاص بك
قياس هطول المطر: تاريخ موجز
إرشادات
مقياس مطر إلكتروني
أداة تجارية لقياس المطر
وصلات متعلقة

طقس الولايات المتحدة اليوم
كل شئ عن الطقس وأدوات القياس


آخر التحديات  تقديم مشروعك تحديات سابقة
 
 

…...المزيد من مشاريع مختبر العلوم عن..…
الهواء والفضاء
علم الأرض
الكهرباء والمغناطيسية
خصائص السائل

 

…...جرب بعض التجارب التفاعلية في...
المختبر الافتراضي

…...أو اختبر مهاراتك في.…
اللغز الرياضي لهذا الشهر

هل تبحث عن مزيد من المعلومات؟ ... اسأل الخبراء