Wie funktioniert ein Anemometer?

Obwohl es ein seltsames Wort ist,Windmesserbezieht sich auf ein einfaches, aber überraschend vielseitiges Instrument, das in den einfachsten Wetterstationen der Welt zu finden ist. Die Übersetzung aus dem Griechischen ist einfach: "anem-" ist die Wurzel von "Wind" und "Meter" bedeutet (allgemein ausgedrückt, nicht als Quantität) "Maß".

Wenn Sie an das Wort "Wetter" selbst denken, ist eines der ersten Wörter oder Sinnesbilder, die Ihnen in den Sinn kommen, fast sicherWind,ein Phänomen, das katastrophale Schäden anrichten kann und dennoch ein geschätzter Teil von fast jedem bleibt Lebenserfahrung, wenn Unmengen von Poesie und Literatur die Reichweite des Phänomens erforschen sollen Vertrauenswürdige.

Aus Gründen der Sicherheit, Freizeitplanung und reiner Neugier, die Geschwindigkeit des Wetters zu jeder Zeit zu kennen – oder zumindest die Richtung, in die es weht Wenn Sie aus irgendeinem Grund nicht nach draußen gehen können, um dies mit Ihren eigenen Sinnen zu erkennen – in Ihrer Nähe oder an einem Ort, an dem Sie bald reisen möchten, sind nützliche Informationen tatsächlich. Hierfür stehen viele verschiedene Arten von Anemometern zur Verfügung, von denen einige auf besonders clevere Methoden zur indirekten Messung der Windgeschwindigkeit zurückgreifen.

Ein kleines Kind erzählte, dass sich die Erde am Äquator mit 1.000 Meilen pro Stunde und auf dem 40. Breitengrad (ca wo der größte Teil der US-Bevölkerung zentriert ist), könnte davon ausgehen, dass Wind vom einfachen Umherwirbeln eines Objekts kommt, das scheinbar unmöglich ist Geschwindigkeiten. Obwohl dies intuitiv sinnvoll ist, ist das reale Bild viel komplexer, bietet aber auch wertvolle Lehrpunkte über Wetterphänomene, die mit dem Wind zusammenhängen, aber unabhängig davon sind.

Die Sonne ist die ultimative Energiequelle für viele Prozesse auf der Erde, und Wind ist keine Ausnahme. Wind entsteht hauptsächlich dadurch, dass verschiedene Teile der Erdoberfläche unterschiedliche Wärmemengen von der Sonne absorbieren. Diese Energie wird als Wind ausgedrückt durchKonvektion,Wärmeübertragung durch Bewegung in einer Flüssigkeit. Heißere Luft steigt tendenziell auf, während kühlere Luft sinkt, wodurch ein ständig rotierender Luftaustausch zwischen benachbarten Luftbereichen mit unterschiedlichen Temperaturen entsteht.

Wind zirkuliert rund um den Globus in bekannten "Streams", die wie berühmte Luftflüsse sind: Jetstreams, Passatwinde, Polarjets. Winde werden nach ihren spezifischen Herkunftsquellen kategorisiert alsgeostrophische Winde, thermische WindeoderGradient Winde​.

Luft hat Masse, daher ist es möglich, die kinetische Energie von bewegter Luft wie jedes andere Objekt zu berechnen. Die Gleichung fürkinetische Energieist KE = (1/2)mv² wov= Geschwindigkeit. (Die Windgeschwindigkeit ist selten lange konstant, daher wird die Windgeschwindigkeit normalerweise über kurze Zeiträume gemittelt, um aussagekräftige Daten zu generieren.)

Die Masse eines gegebenen Luftvolumens ist seine Dichte mal sein Volumen oder ρV. Aber mit WindLeistung,oder Energie pro Zeiteinheit, die interessierende Variable ist der "Windmassenstrom", oder wie viel Luft über die Querschnittsfläche A der Turbine (oft ein Kreis) strömt. DasGleichung für Windkrafterweist sich

Das bedeutet, dass die Leistung mit dem Kubikmeter der Windgeschwindigkeit zunimmt. Das bedeutet, ein Wind von 30 MPH liefert 10³ = ​tausendmalso viel Kraft wie ein Wind von 10 MPH!

• Bei Anemometer-Einheiten wird die Windgeschwindigkeit normalerweise in Meilen pro Stunde (mi/h oder im alltäglichen Sprachgebrauch MPH) oder Kilometer pro Stunde angegeben, obwohl die SI-Einheiten Meter pro Sekunde (m/s) wären. Wenn Sie an einer schnellen Umrechnung von MPH in m/s interessiert sind, dividieren Sie durch etwa zweieinviertel:

Sie wissen bereits, was ein Anemometer "ist". Aber auf granularer Ebene, mit welchen Geräten messen die Leute die Windgeschwindigkeit?

• ​Tassen und Propeller:Dies ist die am weitesten verbreitete Art von Anemometern und einfach herzustellen. Bei geringen Windgeschwindigkeiten und bei Eisregen können Probleme auftreten.
• ​Staurohr:Diese werden in Flugzeugen und in „Windkanälen“ in Labors eingesetzt.
• ​Zylinder oder Kugel ziehen:Diese sind nicht üblich, aber erwähnenswert.
• ​Dissipations-Anemometer:Dies sind besonders robuste Versionen.
• ​Schallgeschwindigkeitsanemometer:Diese sind teuer und nicht für den Hausgebrauch geeignet, aber schnell und zuverlässig.
  

Manchmal ist die Windrichtung das Hauptanliegen, wobei die Geschwindigkeit weniger wichtig ist. Vor diesem Hintergrund haben Flughäfen Windsäcke, die viel über das bald auftretende Wetter aussagen. Beispielsweise bedeutet ein Wind aus Nordwest (ein NW-Wind) normalerweise kühleres, trockeneres Wetter, während ein SE-Wind oft wärmere, feuchtere Luft bringt.

DasBecher-und-PropellerArt des Anemometers ist, wie bereits erwähnt, der gebräuchlichste Typ; Zufällig ist die Bedienung leicht zu erklären. Wenn der Wind den Arm des Propellers herumwirbelt, "fangen" die Becher den Wind durch einen Kreis mit bekanntem Radius (2 mal π mal die Länge des Propellerarms oder den Umfang) in einer bekannten Zeit, da die Spins der Zentralstange rod gezählt. Die Gesamtstrecke (Umdrehungen mal Umfang) geteilt durch die Zeit ergibt die Windgeschwindigkeit.

Andere Arten von Anemometern bestimmen die Windgeschwindigkeit auf kompliziertere Weise. EINHitzdraht-Anemometernutzt die Tatsache, dass, wenn Luft über ein Objekt strömt, das auf eine Temperatur wärmer als die Luft erwärmt ist, das Objekt gekühlt wird, da Wärme durch Konvektion abgeführt wird.

Bei einem Hitzdraht-Anemometer wird ein elektrisch erwärmter Metalldraht dem Wind ausgesetzt, während die Leistung erhöht oder verringert wird, um die Temperatur an der Drahtspitze konstant zu halten. Je höher die Windgeschwindigkeit, desto mehr Leistung wird also benötigt, um das thermische Gleichgewicht aufrechtzuerhalten.

Messen des Luftdrucks – der selbst von einem Instrument namens a. gemessen wirdBarometer– kann auch zur Berechnung der Windgeschwindigkeit verwendet werden. Ein Rohranemometer misst beispielsweise den Luftdruck in einem nur an einem Ende offenen Glasrohr. Die Windgeschwindigkeit kann aus dem Druckunterschied zwischen der Innenseite des Rohres und der Außenseite berechnet werden.

• Wenn Sie versuchen möchten, Ihr eigenes Anemometer aus gewöhnlichen Gegenständen herzustellen, finden Sie in den Ressourcen ein Beispiel dafür.

Bei Laufwettbewerben bei internationalen Bahnwettkämpfen im Freien, bei denen sich die Läufer in eine Netzrichtung bewegen, kann der Wind die Wettkämpfer unterstützen (oder behindern) und bessere Zeiten erzielen. Aus diesem Grund wird bei diesen Veranstaltungen ein Anemometer am Streckenrand aufgestellt. Die maximal zulässige Nettowindgeschwindigkeit in Richtung der Läufer für das Aufstellen neuer Rekorde beträgt 2,0 m/s, Wenn also der Windmesser zu irgendeinem Zeitpunkt während des Rennens über diesem Wert liegt, ist die Marke nicht eintragungsfähig Zwecke.

Aus einem vorherigen Abschnitt wissen Sie, dass die Windgeschwindigkeit in Meilen pro Stunde (MPH) etwas mehr als das Doppelte ihres Wertes in m/s beträgt. So reicht ein Wind von 5 MPH, der nach alltäglichen Maßstäben als recht bescheiden angesehen werden würde, aus, um genug Auftrieb zu liefern, um ein Zeichen außerhalb des Bereichs "wahrer" menschlicher Leistung zu setzen. Wenn man in einem Rennen mit einer Dauer von weniger als 10 Sekunden nur 0,01 Sekunden schneller als je zuvor gelaufen ist, ist jeder Faktor entscheidend. Stellen Sie sich jetzt eine Bahn ohne moderne Zeitmesstechnik vor, geschweige denn Windmesser!