عند الحديث عن الرياح ، قد يتبادر إلى الذهن العديد من الصور المختلفة. تأخذ الرياح أشكالًا عديدة ، من نسيم الصيف المعتدل الذي يحلق بالطائرة الورقية إلى إعصار يهز الأسطح. مقياس شدة الريح يقيس سرعة الرياح ، ولكن كيف تترجم سرعة الرياح إلى قوة؟
القوة والرياح والضغط
يمكن حساب القوة ، التي تُعرّف عمومًا على أنها دفع أو سحب ، باستخدام صيغة القوة تساوي الكتلة مضروبة في التسارع (F = ma). تدفع الرياح أيضًا وتسحب ، بشكل عام بقوة أكبر عند التحرك بشكل أسرع. الضغط يساوي القوة مقسومة على المنطقة. في الأساس ، تطبق الرياح قوة على منطقة مثل جدار أو سقف أو شخص.
قياس الرياح
أجهزة قياس شدة الرياح تقيس الرياح. على الرغم من وجود أنواع مختلفة من أجهزة قياس شدة الريح ، إلا أن النوع الأكثر استخدامًا يتحول مع الريح. معدل المنعطفات يترجم إلى سرعة الرياح وضغط الرياح. نظرًا لتقلب سرعة الرياح ، يتم استخدام متوسط عدد الدورات خلال فترة زمنية قصيرة لحساب سرعة الرياح. يتم الإبلاغ عن سرعة الرياح الأكثر شيوعًا بالأميال في الساعة (ميل في الساعة) أو الكيلومترات في الساعة (كم / ساعة) أو مقياس بوفورت ، ولكن قد يتم الإبلاغ عنها أيضًا على أنها عقدة أو قدم في الثانية (f / s) أو متر في الثانية (م / ث) ). ستقوم العديد من البرامج عبر الإنترنت بتحويل سرعة الرياح من وحدة إلى أخرى.
حساب القوة على أساس سرعة الرياح
يتطلب حساب قوة الرياح كتلة الهواء وتسارع الرياح. يبلغ متوسط كثافة كتلة الهواء عند مستوى سطح البحر حوالي 1.229 كيلوجرام لكل متر مكعب. تُقاس المساحة التي تضربها الرياح ، في هذه الحالة ، بالمتر المربع. ثم تساوي كتلة الهواء التي تصطدم بسطح ما كثافة الهواء مضروبة في المنطقة. العجلة (أ) تساوي مربع سرعة الرياح بالأمتار في الثانية (م / ث).
استخدم الصيغة القوة (F) تساوي الكتلة (م) مضروبًا في العجلة (أ) لحساب القوة بالنيوتن (ن). واحد نيوتن يساوي كيلوجرام متر لكل ثانية مربعة (kg-m / s2).
تأكد من استخدام الوحدات المطابقة. في هذا الحساب ، متوسط كثافة الهواء عند مستوى سطح البحر يساوي 1.229 كجم لكل متر مكعب (كجم / م3). مساحة تأثير الهواء 1 متر مربع. لحساب قوة رياح تبلغ سرعتها 5 ميل في الساعة ، قم أولاً بتحويل سرعة الرياح إلى أمتار في الثانية. يظهر استخدام محول على الإنترنت أن 5 ميل في الساعة يساوي 2.24 م / ث.
ملء صيغة القوة يساوي كتلة الهواء (أم) تربيع سرعة الرياح:
F = A_m \ timesd a ^ 2
يعطي هذا الحساب:
F = (1 \ text {m} ^ 2) \ times (1.229 \ text {kg / m} ^ 3) \ times (2.24 \ text {m / s}) ^ 2 = 6.17 \ text {N}
يوضح إكمال الرياضيات أن F = 6.17 كجم-م / ث2 أو 6.17 ن. لذا ، فإن نسيم 5 أميال في الساعة سيكون له قوة كافية لرفع طائرة ورقية عادية.