Wenn man über Wind spricht, kommen einem viele verschiedene Bilder in den Sinn. Wind nimmt viele Formen an, von einer milden, drachenfliegenden Sommerbrise bis hin zu einem dachzerreißenden Hurrikan. Ein Anemometer misst die Windgeschwindigkeit, aber wie lässt sich die Windgeschwindigkeit in Kraft umwandeln?
Kraft, Wind und Druck
Kraft, allgemein als Druck oder Zug definiert, kann mit der Formel Kraft gleich Masse mal Beschleunigung (F = ma) berechnet werden. Wind drückt und zieht auch, im Allgemeinen mit größerer Kraft, wenn er sich schneller bewegt. Druck ist gleich Kraft geteilt durch die Fläche. Im Wesentlichen übt Wind Kraft gegen einen Bereich wie eine Wand, ein Dach oder eine Person aus.
Wind messen
Anemometer messen den Wind. Obwohl es verschiedene Arten von Anemometern gibt, dreht sich das am häufigsten verwendete mit dem Wind. Die Windungsrate wird in Windgeschwindigkeit und Winddruck übersetzt. Da die Windgeschwindigkeit schwankt, wird eine durchschnittliche Anzahl von Umdrehungen über einen kurzen Zeitraum verwendet, um die Windgeschwindigkeit zu berechnen. Die Windgeschwindigkeit wird am häufigsten in Meilen pro Stunde (mph), Kilometer pro Stunde (km/h) oder Beaufort-Skala angegeben, sie kann aber auch als Knoten, Fuß pro Sekunde (f/s) oder Meter pro Sekunde (m/s ). Mehrere Online-Programme konvertieren die Windgeschwindigkeit von einer Einheit in eine andere.
Berechnen der Kraft basierend auf der Windgeschwindigkeit
Die Berechnung der Windstärke erfordert die Luftmasse und die Windbeschleunigung. Die durchschnittliche Dichte einer Luftmasse auf Meereshöhe beträgt etwa 1,229 Kilogramm pro Kubikmeter. Die Fläche, auf die der Wind trifft, wird in diesem Fall in Quadratmetern gemessen. Die auf eine Oberfläche auftreffende Luftmasse ist dann gleich Luftdichte mal Fläche. Die Beschleunigung (a) entspricht dem Quadrat der Windgeschwindigkeit in Metern pro Sekunde (m/s).
Verwenden Sie die Formel Kraft (F) gleich Masse (m) mal Beschleunigung (a), um die Kraft in Newton (N) zu berechnen. Ein Newton entspricht einem Kilogramm-Meter pro Quadratsekunde (kg-m/s2).
Verwenden Sie unbedingt die passenden Einheiten. In dieser Berechnung beträgt die durchschnittliche Luftdichte auf Meereshöhe 1,229 Kilogramm pro Kubikmeter (kg/m²3). Die Lufteinwirkungsfläche beträgt 1 Quadratmeter. Um die Stärke eines 5-Meilen-pro-Stunde-Winds zu berechnen, konvertieren Sie zuerst die Windgeschwindigkeit in Meter pro Sekunde. Die Verwendung eines Online-Konverters zeigt, dass 5 mph 2,24 m/s entsprechen.
Das Ausfüllen der Formel Kraft entspricht der Luftmasse (Aich) mal Windgeschwindigkeit zum Quadrat:
F=A_m\timesd a^2
gibt diese Rechnung:
F = (1\text{ m}^2) \times (1.229\text{ kg/m}^3) \times (2.24\text{ m/s})^2=6.17\text{ N}
Das Vervollständigen der Mathematik zeigt, dass F = 6,17 kg-m/s2 oder 6,17 N. Eine Brise von 5 Meilen pro Stunde hätte also gerade genug Kraft, um einen Standard-Drachen zu heben.