كيف يعمل مقياس شدة الريح؟

على الرغم من أنها كلمة محرجة ،مقياس شدة الريحيشير إلى أداة بسيطة ولكنها متعددة الاستخدامات بشكل مدهش ، وهي أداة موجودة في محطات الطقس الأساسية في جميع أنحاء العالم. الترجمة من اليونانية واضحة ومباشرة: "anem" هي أصل كلمة "wind" و "meter" تعني (بشكل عام ، وليس كمعيار) "مقياس".

عندما تفكر في كلمة "الطقس" نفسها ، إلا إذا كنت تعيش في الفضاء الخارجي ، فمن المؤكد تقريبًا أن إحدى أولى الكلمات أو الصور الحسية التي تتبادر إلى الذهنريح،ظاهرة يمكن أن تسبب أضرارًا كارثية ومع ذلك تظل جزءًا عزيزًا من الجميع تقريبًا التجربة الحياتية ، إذا كان لابد من اكتشاف ركام من الشعر والأدب لاستكشاف مدى انتشار الظاهرة موثوق به.

لأسباب تتعلق بالسلامة والتخطيط الترفيهي وفضول واضح ، ومعرفة سرعة الطقس في أي وقت - أو على الأقل الاتجاه الذي تهب فيه إذا لم تتمكن من الخروج لسبب ما لاكتشاف ذلك بأحاسيسك - في منطقتك ، أو في مكان تنوي السفر إليه قريبًا ، فهذه معلومات مفيدة في الواقع. تتوفر أنواع مختلفة من أجهزة قياس شدة الريح لهذا الغرض ، يعتمد بعضها على طرق ذكية بشكل خاص لقياس سرعة الرياح بشكل غير مباشر.

أخبر طفل صغير أن الأرض تدور بسرعة 1000 ميل في الساعة عند خط الاستواء ، وحوالي 800 ميل في الساعة عند خط عرض 40 درجة (حوالي حيث يتركز معظم سكان الولايات المتحدة) ، قد يفترض أن الرياح تأتي من الجلد البسيط حول شيء ما يبدو مستحيلًا سرعات. في حين أن هذا أمر منطقي ، فإن الصورة الحقيقية أكثر تعقيدًا إلى حد كبير ولكنها تقدم أيضًا نقاط تعليمية قيمة حول ظواهر الطقس المتعلقة بالرياح نفسها ، ولكنها مستقلة عنها.

الشمس هي المصدر النهائي للطاقة للعديد من العمليات على الأرض ، والرياح ليست استثناء. تنتج الرياح بشكل أساسي من أجزاء مختلفة من سطح الأرض تمتص كميات مختلفة من الحرارة من الشمس. يتم التعبير عن هذه الطاقة من خلال الرياحالحمل الحرارينقل الحرارة عن طريق الحركة في سائل. يميل الهواء الأكثر سخونة إلى الارتفاع بينما يغرق الهواء الأكثر برودة ، مما يؤدي إلى إنشاء تبادلات هواء متناوبة باستمرار بين المناطق المجاورة للهواء بدرجات حرارة مختلفة.

تدور الرياح حول العالم في "تيارات" معروفة تشبه الأنهار الهوائية الشهيرة: التيارات النفاثة ، والرياح التجارية ، والطائرات القطبية. يتم تصنيف الرياح بناءً على مصادر منشأها المحددةالرياح الجيوستروفية والرياح الحراريةأورياح متدرجة​.

الهواء له كتلة ، لذلك من الممكن حساب الطاقة الحركية للهواء المتحرك تمامًا مثل أي جسم آخر. معادلةالطاقة الحركيةهو KE = (1/2) mv² أينالخامس= السرعة. (نادرًا ما تكون سرعة الرياح ثابتة لفترة طويلة ، لذلك عادةً ما يتم حساب متوسط ​​سرعة الرياح على مدى فترات زمنية قصيرة لتوليد بيانات ذات معنى.)

كتلة حجم معين من الهواء هي كثافته مضروبة في حجمه ، أو V. لكن مع الريحقوة،أو الطاقة لكل وحدة زمنية ، متغير الاهتمام هو "تدفق كتلة الرياح" ، أو مقدار تدفق الهواء عبر منطقة المقطع العرضي A للتوربين (غالبًا ما يكون دائريًا). المعادلة طاقة الرياحتبين أن

بمعنى أن القوة تزداد مع مكعب سرعة الرياح. هذا يعني أن سرعة الرياح 30 ميلا في الساعة توفر 10³ = ​الف مرةبقدر قوة رياح 10 ميلا في الساعة!

• بالنسبة لوحدات مقياس شدة الرياح ، عادة ما تكون سرعة الرياح بالأميال في الساعة (ميل / ساعة ، أو في اللغة اليومية ، ميل / ساعة) أو كيلومترات في الساعة ، على الرغم من أن وحدات SI ستكون مترًا في الثانية (م / ث). إذا كنت مهتمًا بإجراء تحويل سريع من ميل في الساعة إلى متر / ثانية ، اقسم على اثنين وربع تقريبًا:

أنت تعرف بالفعل ما هو مقياس شدة الريح. لكن على المستوى الحبيبي ، ما نوع الأجهزة التي يقيسها الناس سرعة الرياح؟

• ​الكؤوس والمراوح:هذا هو النوع الأكثر استخدامًا من أجهزة قياس شدة الريح ، وهو سهل الصنع. يمكن أن تحدث مشاكل مع سرعة الرياح المنخفضة والأمطار المتجمدة.
• ​نظام تصريف:تستخدم هذه على الطائرات وفي "أنفاق الرياح" في المختبرات.
• ​اسحب الاسطوانة أو الكرة:هذه ليست شائعة ، ولكن يجب ذكرها.
• ​مقياس شدة التبديد:هذه هي الإصدارات القوية بشكل خاص.
• ​مقياس شدة سرعة الصوت:هذه غالية الثمن ، وليست للاستخدام المنزلي ، ولكنها سريعة وموثوقة.
  

في بعض الأحيان ، يكون اتجاه الرياح هو الشغل الشاغل ، حيث تقل أهمية السرعة. مع وضع ذلك في الاعتبار ، تمتلك المطارات جوارب رياح تخبرنا الكثير عن الطقس الذي سيحدث قريبًا. على سبيل المثال ، عادةً ما تعني الرياح الخارجة من الشمال الغربي (رياح شمال غرب) طقسًا أكثر برودة وجفافًا ، في حين أن الرياح الجنوبية الشرقية غالبًا ما تجلب هواءًا أكثر دفئًا ورطوبة.

الكوب ومروحةنمط مقياس شدة الريح ، كما لوحظ ، هو النوع الأكثر شيوعًا ؛ لحسن الحظ ، من السهل شرح عمليتها. بينما تدور الرياح حول ذراع المروحة ، "تلتقط" الكؤوس الريح عبر دائرة نصف قطرها معروف (2 مرات π أضعاف طول ذراع المروحة ، أو المحيط) في وقت معروف ، حيث أن دوران القضيب المركزي تحسب. المسافة الإجمالية (الدورات مضروبة في المحيط) مقسومة على الوقت هي سرعة الرياح.

تحدد أنواع أخرى من أجهزة قياس شدة الرياح سرعة الرياح بطرق أكثر تعقيدًا. أمقياس شدة السلك الساخنيستخدم حقيقة أنه عندما يتدفق الهواء فوق جسم مسخن إلى درجة حرارة أكثر دفئًا من الهواء ، فسيتم تبريد الجسم حيث تتم إزالة الحرارة عن طريق الحمل الحراري.

في مقياس شدة الريح بالسلك الساخن ، يتعرض السلك المعدني الذي تم تسخينه كهربائيًا للرياح ، بينما تزداد الطاقة أو تنقص للحفاظ على درجة الحرارة ثابتة عند طرف السلك. وبالتالي كلما زادت سرعة الرياح ، زادت الطاقة اللازمة للحفاظ على التوازن الحراري.

قياس ضغط الهواء - والذي يتم قياسه في حد ذاته بواسطة أداة تسمى أبارومتر- يمكن استخدامه أيضًا لحساب سرعة الرياح. مقياس شدة الأنبوب ، على سبيل المثال ، يقيس ضغط الهواء داخل أنبوب زجاجي مفتوح فقط من طرف واحد. يمكن حساب سرعة الرياح من فرق الضغط بين الأنبوب الداخلي والخارجي.

• إذا كنت ترغب في تجربة يدك في صنع مقياس شدة الريح الخاص بك من العناصر العادية ، يتوفر مثال على كيفية القيام بذلك في الموارد.

في أحداث الجري في مسابقات المضمار الدولية الخارجية ، حيث يتحرك المتسابقون في اتجاه واحد صافي ، يمكن للرياح أن تساعد (أو تعيق) المتنافسين وتنتج أوقاتًا أفضل. لهذا السبب ، يتم وضع مقياس شدة الريح على جانب المسار خلال هذه الأحداث. الحد الأقصى المسموح به لسرعة الرياح الصافية في اتجاه العدائين لإعداد سجلات جديدة هو 2.0 م / ث ، لذلك إذا كان مقياس الرياح يقرأ أعلى من هذه القيمة في أي وقت أثناء السباق ، فإن العلامة غير مؤهلة للتسجيل المقاصد.

من القسم السابق ، تعلم أن سرعة الرياح بالأميال في الساعة (MPH) تزيد قليلاً عن ضعف قيمتها بوحدة m / s. وبالتالي ، فإن سرعة الرياح البالغة 5 ميلا في الساعة ، والتي تعتبر متواضعة جدًا وفقًا للمعايير اليومية ، كافية لتوفير ما يكفي من التعزيز لجعل علامة خارج نطاق الإنجاز البشري "الحقيقي". عند الانتهاء بسرعة 0.01 ثانية فقط أسرع من أي شخص سبق له الركض في سباق استمر أقل من 10 ثوانٍ ، فإن كل عامل يكون بالغ الأهمية. تخيل الآن المسار بدون معدات توقيت حديثة ، ناهيك عن أجهزة قياس شدة الريح!