Πώς λειτουργεί ένα ανεμόμετρο;

Αν και κάτι άβολο,ανεμόμετροαναφέρεται σε ένα απλό αλλά εκπληκτικά ευέλικτο όργανο, ένα που βρίσκεται στους πιο βασικούς μετεωρολογικούς σταθμούς σε όλο τον κόσμο. Η μετάφραση από τα ελληνικά είναι απλή: "anem-" που είναι η ρίζα του "ανέμου" και του "μετρητή" που σημαίνει (γενικά, όχι ως ποσότητα) "μέτρο."

Όταν σκέφτεστε την ίδια τη λέξη "καιρός", εκτός και αν ζείτε στο διάστημα, μια από τις πρώτες λέξεις ή αισθητήριες εικόνες που έρχονται στο μυαλό είναι σχεδόν σίγουραάνεμος,ένα φαινόμενο που μπορεί να προκαλέσει καταστροφικές ζημιές, αλλά παραμένει ένα αγαπημένο μέρος σχεδόν όλων βιωματική εμπειρία, εάν πρόκειται να διαμορφώσουν ποίηση και λογοτεχνία που να εξερευνούν την εμβέλεια του φαινομένου έμπιστος.

Για λόγους ασφάλειας, προγραμματισμού αναψυχής και απλής περιέργειας, γνωρίζοντας την ταχύτητα του καιρού ανά πάσα στιγμή - ή τουλάχιστον την κατεύθυνση στην οποία φυσά αν για κάποιο λόγο δεν μπορείτε να βγείτε έξω για να το εντοπίσετε με τις δικές σας αισθήσεις - στην περιοχή σας ή σε ένα σημείο στο οποίο σκοπεύετε να ταξιδέψετε σύντομα, είναι χρήσιμες πληροφορίες πράγματι. Πολλοί διαφορετικοί τύποι ανεμόμετρων είναι διαθέσιμοι για το σκοπό αυτό, μερικοί από αυτούς βασίζονται σε ιδιαίτερα έξυπνες μεθόδους για την έμμεση μέτρηση της ταχύτητας του ανέμου.

Ένα μικρό παιδί είπε ότι η Γη περιστρέφεται περίπου στα 1.000 μίλια την ώρα στον ισημερινό της και περίπου 800 μίλια την ώρα σε 40 μοίρες γεωγραφικό πλάτος (περίπου όπου το μεγαλύτερο μέρος του πληθυσμού των ΗΠΑ είναι επικεντρωμένο), μπορεί να υποθέσει ότι ο άνεμος προέρχεται από το απλό κτύπημα ενός αντικειμένου σε φαινομενικά αδύνατο ταχύτητες. Αν και αυτό έχει διαισθητικό νόημα, η πραγματική εικόνα είναι πολύ πιο περίπλοκη, αλλά προσφέρει επίσης πολύτιμα σημεία διδασκαλίας για καιρικά φαινόμενα που σχετίζονται, αλλά ανεξάρτητα από τον ίδιο τον άνεμο.

Ο ήλιος είναι η απόλυτη πηγή ενέργειας για πολλές διαδικασίες στη Γη, και ο άνεμος δεν αποτελεί εξαίρεση. Ο άνεμος προκύπτει κυρίως από διαφορετικά μέρη της επιφάνειας της Γης απορροφώντας διαφορετικές ποσότητες θερμότητας από τον ήλιο. Αυτή η ενέργεια εκφράζεται ως αέραςμεταγωγή,η μεταφορά θερμότητας μέσω κίνησης σε ένα υγρό. Ο θερμότερος αέρας τείνει να αυξάνεται ενώ ο ψυχρότερος αέρας βυθίζεται, δημιουργώντας συνεχώς περιστρεφόμενες ανταλλαγές αέρα μεταξύ γειτονικών περιοχών αέρα με διαφορετικές θερμοκρασίες.

Ο άνεμος κυκλοφορεί σε όλο τον κόσμο σε γνωστά "ρεύματα" που μοιάζουν με διάσημα ποτάμια αέρα: ροές αεριωθούμενου αέρα, εμπορικούς ανέμους, πολικούς πίδακες. Οι άνεμοι κατηγοριοποιούνται με βάση τις συγκεκριμένες πηγές προέλευσής τους ωςγεωστροφικοί άνεμοι, θερμικοί άνεμοιήκλίση ανέμους​.

Ο αέρας έχει μάζα, οπότε είναι δυνατόν να υπολογιστεί η κινητική ενέργεια του κινούμενου αέρα όπως και οποιοδήποτε άλλο αντικείμενο. Η εξίσωση γιακινητική ενέργειαείναι KE = (1/2) mv² όπουβ= ταχύτητα. (Η ταχύτητα του ανέμου είναι σπάνια σταθερή για μεγάλο χρονικό διάστημα, επομένως η ταχύτητα του ανέμου είναι συνήθως κατά μέσο όρο σε σύντομες χρονικές περιόδους προκειμένου να δημιουργηθούν σημαντικά δεδομένα.

Η μάζα ενός δεδομένου όγκου αέρα είναι η πυκνότητά του επί τον όγκο του, ή ρV. Αλλά με άνεμοεξουσία,ή ενέργεια ανά μονάδα χρόνου, η μεταβλητή ενδιαφέροντος είναι "ροή μάζας ανέμου" ή πόση ποσότητα αέρα ρέει κατά μήκος της περιοχής διατομής Α της τουρμπίνας (συχνά ένας κύκλος). οεξίσωση για αιολική ενέργειααποδείχτηκε να είναι

που σημαίνει ότι η ισχύς αυξάνεται με τον κύβο της ταχύτητας του ανέμου. Αυτό σημαίνει ότι ένας άνεμος 30 MPH παρέχει 10³ = ​χίλιες φορέςτόσο δύναμη όσο ένας άνεμος 10 MPH!

• Όσον αφορά τις μονάδες ανεμόμετρου, η ταχύτητα του ανέμου είναι συνήθως σε μίλια ανά ώρα (mi / hr, ή σε καθημερινή γλώσσα, MPH) ή χιλιόμετρα ανά ώρα, αν και οι μονάδες SI θα είναι μέτρα ανά δευτερόλεπτο (m / s) Εάν σας ενδιαφέρει να κάνετε μια γρήγορη μετατροπή από MPH σε m / s, διαιρέστε με περίπου δύο και ένα τέταρτο:

Γνωρίζετε ήδη τι είναι το ανεμόμετρο "." Αλλά σε κοκκώδες επίπεδο, τι είδους συσκευές μετρούν οι άνθρωποι την ταχύτητα του ανέμου;

• ​Κύπελλα και έλικες:Αυτός είναι ο πιο ευρέως χρησιμοποιούμενος τύπος ανεμόμετρου και είναι εύχρηστος. Προβλήματα μπορεί να προκύψουν με χαμηλές ταχύτητες ανέμου και με παγωμένη βροχή.
• ​Σωλήνας Pitot:Χρησιμοποιούνται σε αεροσκάφη και σε «σήραγγες αέρα» σε εργαστήρια.
• ​Σύρετε κύλινδρο ή σφαίρα:Αυτά δεν είναι κοινά, αλλά πρέπει να αναφερθώ.
• ​Ανεμόμετρο διάχυσης:Αυτές είναι ιδιαίτερα ανθεκτικές εκδόσεις.
• ​Ανεμόμετρο ταχύτητας ήχου:Αυτά είναι ακριβά και όχι για οικιακή χρήση, αλλά είναι γρήγορα και αξιόπιστα.
  

Μερικές φορές, η κατεύθυνση του ανέμου είναι το κύριο μέλημα, με την ταχύτητα λιγότερο σημαντική. Έχοντας αυτό κατά νου, τα αεροδρόμια διαθέτουν κάλτσες αέρα που λένε πολλά για τον καιρό που πρόκειται να συμβεί σύντομα. Για παράδειγμα, ένας άνεμος έξω από τα βορειοδυτικά (ένας βορειοδυτικός άνεμος) σημαίνει συνήθως πιο δροσερό, ξηρότερο καιρό, ενώ ένας ΝΑ άνεμος φέρνει συχνά θερμότερο, πιο υγρό αέρα.

οκύπελλο και έλικαΤο στυλ του ανεμόμετρου είναι, όπως σημειώνεται, ο πιο κοινός τύπος. τυχαία, η λειτουργία του είναι εύκολο να εξηγηθεί. Καθώς ο άνεμος περιστρέφει τον βραχίονα της έλικας, τα κύπελλα "πιάνουν" τον άνεμο περιστρέφονται μέσα από έναν κύκλο γνωστής ακτίνας (2 φορές π φορές το μήκος του βραχίονα έλικα ή της περιφέρειας) σε γνωστό χρόνο, καθώς οι περιστροφές της κεντρικής ράβδου είναι μέτρητος. Η συνολική απόσταση (περιστροφές φορές περιφέρεια) διαιρούμενη με το χρόνο είναι η ταχύτητα του ανέμου.

Άλλα είδη ανεμόμετρων καθορίζουν την ταχύτητα του ανέμου με πιο εμπλεκόμενους τρόπους. ΕΝΑανεμόμετρο θερμού σύρματοςχρησιμοποιεί το γεγονός ότι όταν ο αέρας ρέει πάνω από ένα αντικείμενο που θερμαίνεται σε θερμοκρασία θερμότερη από τον αέρα, το αντικείμενο θα ψύχεται καθώς η θερμότητα απομακρύνεται μέσω μεταφοράς.

Σε ανεμόμετρο θερμού σύρματος, ένα μεταλλικό σύρμα που έχει θερμανθεί ηλεκτρικά εκτίθεται στον άνεμο, ενώ η ισχύς αυξάνεται ή μειώνεται για να διατηρείται η θερμοκρασία στο άκρο του καλωδίου σταθερή. Έτσι, όσο υψηλότερη είναι η ταχύτητα του ανέμου, τόσο μεγαλύτερη ισχύ απαιτείται για τη διατήρηση της θερμικής ισορροπίας.

Μέτρηση της πίεσης του αέρα - η οποία μετράται από ένα όργανο που ονομάζεται aβαρόμετρο- μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για τον υπολογισμό της ταχύτητας του ανέμου. Ένα ανεμόμετρο σωλήνα, για παράδειγμα, μετρά την πίεση του αέρα μέσα σε ένα γυάλινο σωλήνα που είναι ανοιχτός μόνο στο ένα άκρο. Η ταχύτητα του ανέμου μπορεί να υπολογιστεί από τη διαφορά πίεσης μεταξύ του εσωτερικού του σωλήνα και του εξωτερικού.

• Εάν θέλετε να δοκιμάσετε να φτιάξετε το δικό σας ανεμόμετρο από συνηθισμένα αντικείμενα, ένα παράδειγμα του πώς να το κάνετε παρέχεται στους πόρους.

Σε διοργανώσεις σε υπαίθριους διεθνείς αγώνες στίβου, όπου οι δρομείς κινούνται προς μία καθαρή κατεύθυνση, ο άνεμος μπορεί να βοηθήσει (ή να εμποδίσει) τους ανταγωνιστές και να παράγει ανώτερους χρόνους. Για το λόγο αυτό, ένα ανεμόμετρο τοποθετείται στο ίχνος κατά τη διάρκεια αυτών των γεγονότων. Η μέγιστη επιτρεπόμενη καθαρή ταχύτητα ανέμου προς την κατεύθυνση των δρομέων για τη ρύθμιση νέων εγγραφών είναι 2,0 m / s, οπότε αν το μανόμετρο διαβάζει πάνω από αυτήν την τιμή ανά πάσα στιγμή κατά τη διάρκεια του αγώνα, το σήμα δεν είναι επιλέξιμο για εγγραφή σκοποί.

Από μια προηγούμενη ενότητα, γνωρίζετε ότι η ταχύτητα του ανέμου σε μίλια ανά ώρα (MPH) είναι λίγο μεγαλύτερη από τη διπλάσια της τιμής σε m / s. Έτσι, ένας άνεμος 5 MPH, που θα θεωρείται αρκετά μέτριος από το καθημερινό πρότυπο, αρκεί για να δώσει αρκετή ώθηση για να δώσει ένα σημάδι έξω από τη σφαίρα του «αληθινού» ανθρώπινου επιτεύγματος. Όταν τερματίζετε μόλις 0,01 δευτερόλεπτα γρηγορότερα από ό, τι έχει παίξει ποτέ πριν σε έναν αγώνα που διαρκεί λιγότερο από 10 δευτερόλεπτα, κάθε παράγοντας είναι κρίσιμος. Τώρα φανταστείτε κομμάτι χωρίς σύγχρονο εξοπλισμό χρονισμού, πόσο μάλλον ανεμόμετρα!