Tuulesta puhuttaessa voi tulla mieleen monia erilaisia kuvia. Tuulella on monia muotoja, leutosta leijaa lentävästä kesätuulesta kattoon hurrikaaniin. Anemometri mittaa tuulen nopeutta, mutta miten tuulen nopeus muuttuu voimaksi?
Voima, tuuli ja paine
Voima, joka yleensä määritetään työntö- tai vetovoimaksi, voidaan laskea kaavalla voima on yhtä suuri kuin massa kertaa kiihtyvyys (F = ma). Tuuli myös työntää ja vetää, yleensä suuremmalla voimalla, kun liikkuu nopeammin. Paine on yhtä suuri kuin voima jaettuna pinta-alalla. Pohjimmiltaan tuuli vaikuttaa voimalla alueelle, kuten muuri, katto tai henkilö.
Tuulen mittaus
Anemometrit mittaavat tuulta. Vaikka erilaisia anemometrejä on olemassa, se, jota käytetään yleisimmin, kääntyy tuulen mukana. Käännösnopeus muunnetaan tuulen nopeudeksi ja tuulen paineeksi. Koska tuulen nopeus vaihtelee, tuulen nopeuden laskemiseen käytetään keskimääräistä kierroslukua lyhyessä ajassa. Tuulen nopeus ilmoitetaan yleisimmin mailina tunnissa (mph), kilometreinä tunnissa (kph) tai Beaufort-asteikolla, mutta se voidaan ilmoittaa myös solmuina, jalkaa sekunnissa (f / s) tai metreinä sekunnissa (m / s) ). Useat online-ohjelmat muuttavat tuulen nopeuden yksiköstä toiseen.
Lasketaan voima tuulen nopeuden perusteella
Tuulen voiman laskeminen edellyttää ilman massaa ja tuulen kiihtyvyyttä. Ilman massan keskimääräinen tiheys merenpinnalla on noin 1,229 kilogrammaa kuutiometrissä. Tuulen osuma mitataan tässä tapauksessa neliömetreinä. Pintaan osuvan ilman massa on tällöin yhtä suuri kuin ilman tiheys ja pinta-ala. Kiihtyvyys (a) on yhtä suuri kuin tuulen nopeuden neliö metreinä sekunnissa (m / s).
Laske voima newtoneina (N) kaavalla voima (F) massa (m) kertaa kiihtyvyys (a). Yksi Newton on yhtä kilometriä sekunnissa (kg-m / s)2).
Käytä vastaavia yksiköitä. Tässä laskelmassa keskimääräinen ilman tiheys merenpinnalla on 1,229 kilogrammaa kuutiometriä kohti (kg / m3). Ilman iskujen pinta-ala on 1 neliömetri. Muunna tuulen nopeus metreiksi sekunnissa laskeaksesi 5 mailin tunnissa tuulen voiman. Online-muuntimen käyttö osoittaa, että 5 mph on 2,24 m / s.
Kaavan voima täyttäminen on yhtä suuri kuin ilmamassa (Am) kertaa tuulen nopeus neliöön:
F = A_m \ kertaa d a ^ 2
antaa tämän laskelman:
F = (1 \ teksti {m} ^ 2) \ kertaa (1,229 \ teksti {kg / m} ^ 3) \ kertaa (2,24 \ teksti {m / s}) ^ 2 = 6,17 \ teksti {N}
Matematiikan loppuun saattaminen osoittaa, että F = 6,17 kg-m / s2 tai 6,17 N. Joten 5 mailin tunnissa tuulella olisi vain tarpeeksi voimaa tavallisen leijan nostamiseen.