Как работи анемометърът?

Макар и нещо от неудобна дума,анемометърсе отнася до прост, но изненадващо универсален инструмент, който се намира в най-основните метеорологични станции по целия свят. Преводът от гръцки е ясен: „anem-“ е коренът на „вятър“ и „метър“, което означава (най-общо казано, не като количество) „мярка“.

Когато мислите за самата дума „време“, освен ако не живеете в космоса, една от първите думи или сензорни образи, които ви идват на ум е почти сигурновятър,явление, което може да причини катастрофални щети, но все пак остава заветна част от почти всички житейски опит, ако трябва да има купчини поезия и литература, изследващи обхвата на явлението доверен.

От съображения за безопасност, развлекателно планиране и просто любопитство, знаейки скоростта на времето по всяко време - или поне посоката, в която духа ако по някаква причина не можете да излезете навън, за да откриете това със собствените си сетива - във вашия район или на място, до което скоро възнамерявате да пътувате, е полезна информация наистина. За тази цел се предлагат много различни видове анемометри, някои от които разчитат на особено умни методи за косвено измерване на скоростта на вятъра.

Малко дете разказа, че Земята се върти около 1000 мили в час на своя екватор и около 800 мили в час при 40 градуса ширина (около където по-голямата част от населението на САЩ е съсредоточена), може да предположи, че вятърът идва от простото размахване на обект при привидно невъзможно скорости. Въпреки че това има интуитивен смисъл, реалната картина е значително по-сложна, но също така предлага ценни учебни точки за метеорологичните явления, свързани със, но независими от самия вятър.

Слънцето е основният източник на енергия за много процеси на Земята и вятърът не прави изключение. Вятърът се получава главно от различни части на земната повърхност, поглъщащи различни количества топлина от слънцето. Тази енергия се изразява като вятърконвекция,преносът на топлина чрез движение в течност. По-горещият въздух има тенденция да се покачва, докато по-хладният въздух потъва, създавайки непрекъснато въртящи се обмени на въздух между съседните области на въздуха с различни температури.

Вятърът циркулира по цялото земно кълбо в добре познати „потоци“, които са като известни въздушни реки: струи потоци, пасати, полярни струи. Ветровете са категоризирани въз основа на техните специфични източници на произход катогеострофични ветрове, термални ветровеилиградиентни ветрове​.

Въздухът има маса, така че е възможно да се изчисли кинетичната енергия на движещия се въздух точно както всеки друг обект. Уравнението закинетична енергияе KE = (1/2) mv² къдетоv= скорост. (Скоростта на вятъра рядко е постоянна за дълго, така че скоростта на вятъра обикновено се осреднява за кратки периоди от време, за да се генерират значими данни.)

Масата на даден обем въздух е неговата плътност, умножена по неговия обем, или ρV. Но с вятърмощност,или енергия за единица време, интересуващата променлива е „поток на вятърната маса“ или колко въздух тече през площта на напречното сечение А на турбината (често кръг). Theуравнение за вятърна енергиясе оказва

което означава, че мощността се увеличава с куба на скоростта на вятъра. Това означава, че вятър от 30 MPH осигурява 10³ = ​хиляда пътимощност колкото вятър от 10 MPH!

• Що се отнася до уредите за анемометър, скоростта на вятъра обикновено е в мили в час (мили / час или на всекидневен език MPH) или километри в час, въпреки че мерните единици SI биха били метри в секунда (m / s). Ако се интересувате от бързо превръщане от MPH в m / s, разделете на около две и четвърт:

Вече знаете какво е "анемометър". Но на гранулирано ниво какви устройства измерват хората скоростта на вятъра?

• ​Чаши и витла:Това е най-често използваният тип анемометър и лесен за изработка. Проблеми могат да възникнат при ниска скорост на вятъра и при леден дъжд.
• ​Тръба на Пито:Те се използват за самолети и в „аеродинамични тунели“ в лаборатории.
• ​Плъзнете цилиндър или сфера:Те не са често срещани, но се споменава.
• ​Дисипационен анемометър:Това са особено здрави версии.
• ​Анемометър със скорост на звука:Те са скъпи и не са за битова употреба, но са бързи и надеждни.
  

Понякога посоката на вятъра е основната грижа, като скоростта е по-малко важна. Имайки това предвид, летищата имат вятърни чорапи, които разказват много за скоро настъпващото време. Например вятърът от северозапад (северозападен вятър) обикновено означава по-хладно и сухо време, докато вятърът от Югоизточна Европа често носи по-топъл и влажен въздух.

Theчаша и витлостилът на анемометъра е, както беше отбелязано, най-често срещаният тип; случайно неговата работа е лесна за обяснение. Докато вятърът върти рамото на витлото наоколо, чашите, „улавящи” вятъра, се въртят през кръг с известен радиус (2 умножено по π по дължината на рамото на витлото или обиколката) за известно време, тъй като завъртанията на централния прът са преброени. Общото разстояние (обороти по обиколка), разделено на времето, е скоростта на вятъра.

Други видове анемометри определят скоростта на вятъра по по-ангажирани начини. Aгорещопроводен анемометъризползва факта, че когато въздухът тече над обект, нагрят до температура, по-топла от въздуха, обектът ще бъде охладен, тъй като топлината се отстранява чрез конвекция.

В анемометър с горещ проводник метална жица, която е електрически затоплена, е изложена на вятъра, докато мощността се увеличава или намалява, за да се поддържа температурата на върха на проводника постоянна. По този начин колкото по-висока е скоростта на вятъра, толкова повече енергия е необходима за поддържане на топлинното равновесие.

Измерване на въздушното налягане - което само се измерва с инструмент, наречен aбарометър- може да се използва и за изчисляване на скоростта на вятъра. Например, тръбен анемометър измерва въздушното налягане в стъклена тръба, която е отворена само в единия край. Скоростта на вятъра може да се изчисли от разликата в налягането между вътрешността на тръбата и външната страна.

• Ако искате да опитате силите си да направите свой собствен анемометър от обикновени предмети, пример за това е даден в Ресурсите.

При състезания за бягане в международни състезания на писти, където бегачите се движат в една нетна посока, вятърът може да помогне (или да възпрепятства) състезателите и да постигне превъзходни времена. Поради тази причина анемометър се поставя край трасето по време на тези събития. Максимално допустимата нетна скорост на вятъра по посока на бегачите за поставяне на нови рекорди е 2,0 m / s, така че ако уредът за вятър чете над тази стойност по всяко време по време на състезанието, марката не отговаря на изискванията за запис цели.

От предишен раздел знаете, че скоростта на вятъра в мили в час (MPH) е малко повече от двойна стойност в m / s. По този начин вятърът от 5 MPH, който би се считал за съвсем скромен от всекидневния стандарт, е достатъчен, за да осигури достатъчно тласък, за да направи знак извън сферата на „истинските“ човешки постижения. Когато завършите само 0,01 секунди по-бързо, отколкото някога някога е бягал в състезание с продължителност по-малко от 10 секунди, всеки фактор е от решаващо значение. Сега си представете трасето без модерно оборудване за синхронизация, камо ли анемометри!