Bár valami kínos szó,szélmérőegyszerű, de meglepően sokoldalú műszerre utal, amely a világ legalapvetőbb időjárási állomásain található. A görög fordítás egyszerű: "anem-" a "szél" és a "meter" gyökere, ami (általában véve, nem mennyiségként) "mérték".
Ha magára az "időjárás" szóra gondol, hacsak nem a világűrben él, az első szavak vagy érzékszervi képek egyike szinte biztosan eszünkbe jutszél,egy olyan jelenség, amely katasztrofális károkat okozhat, mégis szinte mindenki dédelgetett része élettapasztalat, ha a költészetnek és az irodalomnak a jelenség hatókörét feltáró sorai vannak megbízható.
Biztonsági okokból, rekreációs tervezés és egyszerű kíváncsiság érdekében az időjárás sebességének bármikor való ismerete - vagy legalábbis az irány, ahová fúj hasznos, ha valamilyen oknál fogva nem tud kijutni a saját érzékeivel észlelni ezt - a környékén, vagy egy olyan helyre, ahová hamarosan utazni kíván. valóban. Sokféle anemométer áll rendelkezésre erre a célra, némelyik különösen okos módszerekre támaszkodik a szélsebesség közvetett mérésére.
Honnan jön a szél?
Egy kisgyerek elmondta, hogy a Föld óránként 1000 mérföld körül forog az Egyenlítőnél, és körülbelül 800 mérföldönként óránként 40 szélességi fokon (kb. ahol az Egyesült Államok lakosságának többsége középpontjában áll) feltételezheti, hogy a szél egy tárgy egyszerű ostorozásából származik, lehetetlennek tűnő sebességek. Bár ennek intuitív értelme van, a valós kép sokkal összetettebb, de értékes tanítási pontokat kínál az időjárási jelenségekről is, amelyek függetlenek a széltől.
A Nap a Föld nagyon sok folyamatának végső energiaforrása, a szél sem kivétel. A szél főleg a Föld felszínének különböző részeiből származik, amelyek különböző mennyiségű hőt vesznek fel a napból. Ezt az energiát szélként fejezik kikonvekció,a hő átadása folyadékban történő mozgással. A forróbb levegő hajlamos emelkedni, miközben a hűvösebb levegő süllyed, és folyamatosan változó légcserét hoz létre a különböző hőmérsékletű szomszédos levegőterületek között.
A szél olyan ismert patakokban kering a földgömbön, amelyek olyanok, mint a híres légi folyók: sugáráramok, kereskedelmi szelek, sarki sugárok. A szeleket sajátos származási forrásuk alapján kategorizáljákgeosztrofikus szelek, termikus szelekvagygradiens szelek.
A szélenergia fizikája
A levegőnek van tömege, így kiszámítható a mozgó levegő mozgási energiája, mint bármely más tárgy. Az egyenletkinetikus energiaértéke KE = (1/2) mv2 holv= sebesség. (A szél sebessége ritkán állandó hosszú ideig, ezért a szélsebességet általában rövid időtartamokra átlagolják az értelmes adatok előállítása érdekében.)
Egy adott térfogatú levegő tömege a térfogata, vagy ρV szorosa. De széllelerő,vagy időegységenkénti energia, a kérdéses változó a "szél tömegárama", vagy mennyi levegő áramlik át a turbina A keresztmetszeti területén (gyakran kör). Aa szélenergia egyenletekiderült, hogy
P_w = \ frac {1} {2} \ rho Av ^ 3
vagyis a teljesítmény a szélsebesség kockájával növekszik. Ez azt jelenti, hogy 30 MPH szél 10-et ad3 = ezerszerakkora teljesítmény, mint 10 MPH szél!
- A szélmérő egységek esetében a szélsebesség általában mérföld / óra (mi / h, vagy a mindennapi szóhasználatban MPH) vagy kilométer / óra, bár az SI egység méter / mp (m / s). Ha érdekel egy gyors konverzió MPH-ról m / s-ra, ossza el körülbelül kettővel és negyedével:
(1 \ text {mi / hr}) = (\ text {mi} / 1 609 \ text {m}) (3600 \ text {s / hr}) = 0,447 \ text {m / s}
Szélmérő típusai
Már tudja, mi a szélmérő "." De szemcsés szinten milyen eszközökkel mérik az emberek a szél sebességét?
- Csészék és légcsavarok:Ez a legszélesebb körben használt szélmérő és könnyen elkészíthető. Problémák fordulhatnak elő alacsony szélsebességgel és fagyos esővel.
- Pitotcső:Ezeket repülőgépeken és laboratóriumi "szélcsatornákban" használják.
- Henger vagy gömb meghúzása:Ezek nem gyakoriak, de említést tesznek róluk.
- Szétszóródásmérő:Ezek különösen robusztus verziók.
- Hangsebesség-anemométer:Ezek drágák, és nem háztartási használatra, de gyorsak és megbízhatóak.
Néha a szélirány a fő gond, a sebesség kevésbé fontos. Ezt szem előtt tartva a repülőtereken szélzokni található, amelyek sokat mesélnek a hamarosan bekövetkező időjárásról. Például az északnyugati szél (ÉNy-i szél) általában hűvösebb, szárazabb időt jelent, míg az DK-i szél gyakran melegebb, párásabb levegőt hoz.
Hogyan működnek a szélmérők
Acsésze és propelleraz anemométer stílusa, amint azt megjegyeztük, a leggyakoribb típus; véletlenül működése könnyen megmagyarázható. Amint a szél megforgatja a propeller karját, a szélt "elkapó" csészék egy ismert sugárú körön keresztül pörögnek (2 szorosa a propellerkar hosszának vagy a kerületének a szorzata egy ismert idő alatt, mivel a központi rúd forog számolták. A teljes távolság (fordulat és kerület) osztva az idővel a szél sebessége.
Más típusú anemométerek jobban befolyásolják a szél sebességét. Aforróhuzalos szélmérőazt a tényt használja, hogy amikor a levegő a levegőnél melegebb hőmérsékletre melegített tárgy felett áramlik, akkor a tárgy lehűl, amikor a hő konvekcióval távozik.
Forró huzallal működő anemométerben az elektromosan felmelegedett fémhuzalt kiteszik a szélnek, miközben a teljesítményt növelik vagy csökkentik, hogy a huzal csúcsának hőmérséklete állandó legyen. Így minél nagyobb a szélsebesség, annál nagyobb teljesítményre van szükség a hőegyensúly fenntartásához.
Légnyomás mérése - amelyet maga az a nevű műszer mérbarométer- a szélsebesség kiszámításához is használható. Például egy cső anemométer méri a légnyomást egy üvegcsőben, amely csak az egyik végén van nyitva. A szélsebesség kiszámítható a cső belseje és a külseje közötti nyomáskülönbségből.
- Ha szeretné kipróbálni saját kezét, hogy saját szélmérőt készítsen közönséges tárgyakból, erre a példa a forrásokban található.
Egyéb szélmérő felhasználások: Sport
A szabadtéri nemzetközi pályaversenyeken futó eseményeken, ahol a futók egy háló irányba mozognak, a szél segítheti (vagy akadályozhatja) a versenyzőket, és magasabb időszámításokat produkálhat. Emiatt ezen események során egy szélmérőt helyeznek el a pálya mentén. A legnagyobb megengedett nettó szélsebesség a futók irányában az új rekordok felállításához 2,0 m / s, így ha a szélmérő a verseny folyamán bármikor meghaladja ezt az értéket, akkor a jel nem vehető nyilvántartásba célokra.
Egy előző szakaszból tudod, hogy a szélsebesség mérföld / órában (MPH) valamivel több mint kétszerese az m / s -ben kifejezett értékének. Így az 5 MPH-s szél, amelyet a mindennapok szerint meglehetősen szerénynek tartanának, elegendő ahhoz, hogy elegendő lendületet adjon ahhoz, hogy az "igazi" emberi teljesítmény birodalmán kívülre is jelet lehessen tenni. Ha csak 0,01 másodperccel gyorsabban végez, mint bárki, aki még soha nem futott egy kevesebb, mint 10 másodpercig tartó versenyen, minden tényező kritikus. Most képzelje el a pályát modern időmérő berendezések nélkül, anemométerekről nem is beszélve!