Hvordan fungerer et vindmåler?

Skønt noget af et akavet ord,vindmålerhenviser til et simpelt, men overraskende alsidigt instrument, der findes i de mest basale vejrstationer verden over. Oversættelsen fra græsk er ligetil: "anem-" er roden til "vind" og "meter", der betyder (generelt ikke som en mængde) "mål".

Når du tænker på selve ordet "vejr", medmindre du bor i det ydre rum, er et af de første ord eller sensoriske billeder næsten helt sikkertvind,et fænomen, der kan forårsage katastrofale skader, men alligevel forbliver en værdsat del af næsten alles livserfaring, hvis rynker af poesi og litteratur, der udforsker fænomenets rækkevidde, skal være betroet.

Af sikkerhedshensyn, fritidsplanlægning og almindelig nysgerrighed ved at kende vejrhastigheden til enhver tid - eller i det mindste i hvilken retning det blæser hvis du af en eller anden grund ikke kan komme ud for at opdage dette med dine egne sanser - i dit område eller et sted, du snart vil rejse til, er nyttig information Ja. Mange forskellige typer vindmåler er tilgængelige til dette formål, hvoraf nogle er afhængige af specielt smarte metoder til indirekte at måle vindhastighed.

Et lille barn fortalte, at Jorden drejer omkring 1.000 miles i timen ved sin ækvator og omkring 800 miles i timen ved 40 grader breddegrad (ca. hvor det meste af den amerikanske befolkning er centreret), antager måske, at vinden kommer fra den enkle piskning af et objekt ved tilsyneladende umulig hastigheder. Selvom dette giver intuitiv mening, er det virkelige billede langt mere komplekst, men tilbyder også værdifulde undervisningspunkter om vejrfænomener relateret til, men uafhængig af selve vinden.

Solen er den ultimative energikilde til mange processer på Jorden, og vind er ingen undtagelse. Vind skyldes hovedsageligt forskellige dele af jordens overflade, der absorberer forskellige mængder varme fra solen. Denne energi udtrykkes som vind igennemkonvektion,overførsel af varme via bevægelse i en væske. Varmere luft har tendens til at stige, mens køligere luft synker og opretter løbende roterende luftudvekslinger mellem tilstødende luftregioner med forskellige temperaturer.

Vind cirkulerer over hele kloden i velkendte "vandløb", der er som berømte luftfloder: jetstrømme, passatvind, polarstråler. Vind kategoriseres ud fra deres specifikke oprindelseskilder somgeostrofiske vinde, termiske vindeellergradientvind​.

Luft har masse, så det er muligt at beregne den kinetiske energi af bevægende luft ligesom ethvert andet objekt. Ligningen forkinetisk energier KE = (1/2) mv² hvorv= hastighed. (Vindhastigheden er sjældent konstant i lang tid, så vindhastigheden måles normalt over korte tidsperioder for at generere meningsfulde data.)

Massen af ​​et givet luftvolumen er dens densitet gange dets volumen eller ρV. Men med vindstrøm,eller energi pr. tidsenhed, variablen af ​​interesse er "vindmassestrøm", eller hvor meget luft strømmer over tværsnitsarealet A på turbinen (ofte en cirkel). Detligning for vindkraftviser sig at være

hvilket betyder, at kraften øges med kuben af ​​vindhastighed. Det betyder, at en vind på 30 MPH giver 10³ = ​tusind gangelige så meget kraft som en vind på 10 MPH!

• Hvad angår anemometerenheder, er vindhastigheden normalt i miles i timen (mi / time eller i dagligdags sprogbrug, MPH) eller kilometer i timen, selvom SI-enheder ville være meter pr. Hvis du er interesseret i at foretage en hurtig konvertering fra MPH til m / s, skal du dividere med omkring to og et kvart:

Du ved allerede, hvad et vindmåler "er." Men på det granulære niveau, hvilken slags enheder måler folk vindhastigheden?

• ​Kopper og propeller:Dette er den mest anvendte type vindmåler og nem at lave. Problemer kan opstå med lave vindhastigheder og med frysende regn.
• ​Pitot rør:Disse bruges på fly og i "vindtunneler" i laboratorier.
• ​Træk cylinder eller kugle:Disse er ikke almindelige, men bærer nævner.
• ​Dissipationsanemometer:Disse er især robuste versioner.
• ​Anemometer til lydhastighed:Disse er dyre og ikke til husholdningsbrug, men er hurtige og pålidelige.
  

Nogle gange er vindretningen den største bekymring, med hastighed mindre vigtig. Med dette i tankerne har lufthavne vindsokker, der fortæller meget om snart vejrvejr. For eksempel betyder en vind ud af nordvest (en NV-vind) normalt køligere, tørrere vejr, mens en SE-vind ofte bringer varmere, mere fugtig luft.

Detkop-og-propelstil med vindmåler er som nævnt den mest almindelige type; heldigvis er dens funktion let at forklare. Når vinden spinder propelens arm rundt, "kobber" kopperne vinden gennem en cirkel med kendt radius (2 gange π gange længden af ​​propelarmen eller omkredsen) i et kendt tidspunkt, da centrifugeringsspidserne er tælles. Total afstand (omdrejninger gange omkreds) divideret med tid er vindhastighed.

Andre slags vindmålere bestemmer vindhastigheden på mere involverede måder. ENvarmeledningsanemometerbruger det faktum, at når luft strømmer over en genstand, der er opvarmet til en temperatur, der er varmere end luften, vil genstanden blive afkølet, når varmen fjernes via konvektion.

I et varmetrådsanemometer udsættes en metaltråd, der er opvarmet elektrisk, for vinden, mens effekten øges eller formindskes for at holde temperaturen ved trådspidsen konstant. Jo højere vindhastigheden er, desto mere kraft er der behov for for at opretholde termisk ligevægt.

Måling af lufttryk - som i sig selv måles af et instrument kaldet abarometer- kan også bruges til at beregne vindhastighed. Et røranemometer måler f.eks. Lufttrykket inde i et glasrør, der kun er åbent i den ene ende. Vindhastighed kan beregnes ud fra forskellen i tryk mellem indersiden af ​​røret og det udvendige.

• Hvis du gerne vil prøve din hånd til at lave dit eget vindmåler fra almindelige genstande, er der et eksempel på, hvordan du gør, i Ressourcerne.

I løbende begivenheder i udendørs internationale banekonkurrencer, hvor løbere bevæger sig i en netretning, kan vinden hjælpe (eller hindre) konkurrenter og producere overlegne tider. Af denne grund er et anemometer anbragt ved sporet under disse begivenheder. Den maksimalt tilladte nettovindhastighed i retning af løberne til indstilling af nye rekorder er 2,0 m / s, så hvis vindmåleren læser over denne værdi på et hvilket som helst tidspunkt under løbet, er mærket ikke kvalificeret til rekord formål.

Fra et tidligere afsnit ved du, at vindhastighed i miles i timen (MPH) er lidt mere end det dobbelte af sin værdi i m / s. Således er en vind på 5 MPH, som vil blive betragtet som ganske beskeden af ​​hverdagens standard, tilstrækkelig til at give nok af et boost til at gengive et mærke uden for "sand" menneskelig præstation. Når du kun er færdig med 0,01 sekunder hurtigere end nogen nogensinde har kørt før i et løb, der varer mindre end 10 sekunder, er hver faktor kritisk. Forestil dig nu spor uden moderne timingudstyr, endsige vindmålere!