Kuinka tuulimittari toimii?

Vaikka jotain hankalaa sanaa,tuulimittariviittaa yksinkertaiseen, mutta yllättävän monipuoliseen instrumenttiin, joka löytyy maailman perustason sääasemista. Käännös kreikaksi on suoraviivainen: "anem-" on "tuulen" ja "mittarin" juuret, mikä tarkoittaa (yleensä, ei määränä) "mittaa".

Kun ajattelet itse sanaa "sää", ellet asu avaruudessa, yksi ensimmäisistä mieleen tulevista sanoista tai aistikuvista on melkein varmastituuli,ilmiö, joka voi aiheuttaa katastrofaalisia vahinkoja, on silti vaalittu osa melkein kaikkien omaa elämänkokemus, jos runouden ja kirjallisuuden runoja, jotka tutkivat ilmiön ulottuvuutta luotettava.

Turvallisuussyistä, virkistyssuunnittelusta ja yksinkertaisesta uteliaisuudesta huolimatta sään nopeuden tunteminen milloin tahansa - tai ainakin suunta, johon se puhaltaa jos jostain syystä et pääse ulos havaitsemaan tätä omilla aisteillasi - omalla alueellasi tai paikassa, johon aiot matkustaa pian, on hyödyllistä tietoa todellakin. Tätä tarkoitusta varten on saatavana useita erityyppisiä tuulimittareita, joista osa luottaa erityisen älykkäisiin menetelmiin tuulen nopeuden epäsuoraan mittaamiseen.

Pieni lapsi kertoi, että maa pyörii noin 1 000 mailia tunnissa päiväntasaajassaan ja noin 800 mailia tunnissa 40 leveysasteessa (noin missä suurin osa Yhdysvaltain väestöstä on keskitetty), voi olettaa, että tuuli tulee kohteen yksinkertaisesta piiskaamisesta näennäisesti mahdottomana nopeudet. Vaikka tällä on järkevää, todellinen kuva on huomattavasti monimutkaisempi, mutta tarjoaa myös arvokkaita opetuspisteitä itse tuuleen liittyvistä, mutta tuulesta riippumattomista sääilmiöistä.

Aurinko on lopullinen energialähde monille maapallon prosesseille, eikä tuuli ole poikkeus. Tuuli johtuu pääasiassa maapallon eri osista, jotka absorboivat eri määriä aurinkoa. Tämä energia ilmaistaan ​​tuulena läpikonvektio,lämmön siirtyminen nesteessä tapahtuvan liikkeen kautta. Kuumemmalla ilmalla on taipumus nousta samalla, kun viileämpi ilma uppoaa ja muodostaa jatkuvasti pyörivän ilmanvaihdon vierekkäisten ilman alueiden välillä, joiden lämpötila on erilainen.

Tuuli kiertää ympäri maailmaa tunnetuissa "virroissa", jotka ovat kuin kuuluisat ilmajoket: suihkuvirrat, kauppatuulet, napasuihkut. Tuulet luokitellaan niiden erityisten lähteiden perusteellageostrofiset tuulet, lämpötuulettaikaltevuus tuulet​.

Ilmassa on massa, joten liikkuvan ilman kineettinen energia on mahdollista laskea kuten mikä tahansa muu esine. Yhtälökineettinen energiaon KE = (1/2) mv² missäv= nopeus. (Tuulen nopeus on harvoin vakio pitkään, joten tuulen nopeus keskitetään yleensä lyhyille ajanjaksoille merkityksellisen tiedon tuottamiseksi.)

Tietyn ilmamäärän massa on sen tiheys ja sen tilavuus tai ρV. Mutta tuulen kanssavoima,tai energiaa aikayksikköä kohden, kiinnostava muuttuja on "tuulimassavirta" tai se, kuinka paljon ilmaa virtaa turbiinin poikkipinta-alan A (usein ympyrän) poikki.tuulivoiman yhtälöosoittautuu

mikä tarkoittaa, että teho kasvaa tuulen nopeuden kuution kanssa. Tämä tarkoittaa, että 30 MPH: n tuuli tuottaa 10³ = ​tuhat kertaayhtä paljon voimaa kuin 10 MPH: n tuuli!

• Anemometriyksiköiden osalta tuulen nopeus on yleensä mailia tunnissa (mi / h, tai jokapäiväisessä kielenkäytössä, MPH) tai kilometrejä tunnissa, vaikka SI-yksiköt olisivat metriä sekunnissa (m / s). Jos haluat tehdä nopean muunnoksen MPH: sta m / s: ksi, jaa noin kahdella ja neljänneksellä:

Tiedät jo mitä tuulimittari "on". Mutta millaisia ​​laitteita ihmiset mittaavat tuulen nopeutta rakeisella tasolla?

• ​Kupit ja potkurit:Tämä on yleisimmin käytetty tuulimittarityyppi ja helppo tehdä. Ongelmia voi esiintyä pienillä tuulen nopeuksilla ja pakkasella.
• ​Pitot-putki:Näitä käytetään lentokoneissa ja laboratorioiden "tuulitunneleissa".
• ​Vedä sylinteri tai pallo:Nämä eivät ole yleisiä, mutta niistä on mainittava.
• ​Hajotuksen anemometri:Nämä ovat erityisen kestäviä versioita.
• ​Äänen nopeuden anemometri:Ne ovat kalliita eivätkä kotitalouskäyttöön, mutta ovat nopeita ja luotettavia.
  

Joskus tuulen suunta on tärkein huolenaihe, eikä nopeus ole niin tärkeä. Tämän vuoksi lentokentillä on tuulisukat, jotka kertovat paljon pian tulevasta säästä. Esimerkiksi luoteeseen suuntautuva tuuli (luoteeseen suuntautuva tuuli) tarkoittaa yleensä viileämpää, kuivempaa säätä, kun taas itätuuli tuo usein lämpimämpää, kosteampaa ilmaa.

kuppi ja potkurituulimittarin tyyli on, kuten todettiin, yleisin tyyppi; satunnaisesti, sen toiminta on helppo selittää. Kun tuuli pyörii potkurin vartta ympäri, tuulen "kiinni ottavat" kupit pyörivät tunnetun säteen ympyrän läpi (2 kertaa π kertaa potkurivarren pituus tai ympärysmitta) tunnetussa ajassa, koska keskitangon pyörii laskettu. Kokonaismatka (kierrokset kertaa ympärysmitta) jaettuna ajalla on tuulen nopeus.

Muun tyyppiset tuulimittarit määrittävät tuulen nopeuden entistä useammin. Akuumalankainen tuulimittarikäyttää sitä tosiasiaa, että kun ilma virtaa kohteen yli, joka on lämmitetty ilmaa lämpimämpään lämpötilaan, esine jäähdytetään, kun lämpö poistetaan konvektiolla.

Kuumalanka-anemometrissä sähköisesti lämmitetty metallilanka altistetaan tuulelle, kun taas tehoa lisätään tai vähennetään pitämään langan kärjen lämpötila vakiona. Siksi mitä suurempi tuulen nopeus on, sitä enemmän tehoa tarvitaan lämpö tasapainon ylläpitämiseen.

Ilmanpaineen mittaus - joka itse mitataan instrumentilla nimeltä abarometri- voidaan käyttää myös tuulen nopeuden laskemiseen. Esimerkiksi putken anemometri mittaa ilmanpaineen lasiputken sisällä, joka on auki vain toisesta päästä. Tuulennopeus voidaan laskea putken sisä- ja ulkopinnan välisestä paine-erosta.

• Jos haluat kokeilla kättäsi tekemällä oma tuulimittari tavallisista tavaroista, esimerkki siitä, miten se tehdään, on Resursseissa.

Kansainvälisten ulkokilpailujen juoksutapahtumissa, joissa juoksijat liikkuvat yhteen suuntaan, tuuli voi auttaa (tai estää) kilpailijoita ja tuottaa ylivertaisia ​​aikoja. Tästä syystä tuulimittari sijoitetaan radan ääreen näiden tapahtumien aikana. Suurin sallittu nettotuulen nopeus juoksijoiden suuntaan uusien ennätysten asettamiseksi on 2,0 m / s, joten jos tuulimittari näyttää tämän arvon yläpuolella milloin tahansa kilpailun aikana, merkkiä ei voida tallentaa tarkoituksiin.

Edellisestä osasta tiedät, että tuulen nopeus maileina tunnissa (MPH) on hieman yli kaksinkertainen arvoonsa m / s. Täten 5 MPH: n tuuli, jota pidetään jokapäiväisessä mittakaavassa melko vaatimattomana, riittää antamaan riittävän voiman, jotta merkki voidaan tehdä "todellisen" ihmisen saavutuksen alueen ulkopuolella. Kun suoritat vain 0,01 sekuntia nopeammin kuin kukaan on koskaan juossut kilpailussa, joka kestää alle 10 sekuntia, jokainen tekijä on kriittinen. Kuvittele nyt radan ilman nykyaikaisia ​​ajoituslaitteita, puhumattakaan anemometreistä!