Come funziona un anemometro?

Sebbene qualcosa di una parola imbarazzante,anemometrosi riferisce a uno strumento semplice ma sorprendentemente versatile, che si trova nelle stazioni meteorologiche più elementari di tutto il mondo. La traduzione dal greco è semplice: "anem-" è la radice di "vento" e "metro" che significa (in termini generali, non come quantità) "misura".

Quando pensi alla parola "tempo" stessa, a meno che tu non viva nello spazio, una delle prime parole o immagini sensoriali che ti vengono in mente è quasi sicuramentevento,un fenomeno che può causare danni catastrofici ma rimane una parte cara di quasi tutti everyone esperienza di vita, se si vogliono risme di poesia e letteratura che esplorano la portata del fenomeno di fiducia.

Per motivi di sicurezza, pianificazione ricreativa e semplice curiosità, conoscere la velocità del tempo in qualsiasi momento - o almeno la direzione in cui soffia se per qualche motivo non puoi uscire per rilevarlo con i tuoi sensi, nella tua zona o in un luogo in cui intendi viaggiare presto, è un'informazione utile infatti. A questo scopo sono disponibili molti tipi diversi di anemometro, alcuni dei quali si basano su metodi particolarmente intelligenti per misurare indirettamente la velocità del vento.

Un bambino ha detto che la Terra gira intorno a 1.000 miglia all'ora al suo equatore, e a circa 800 miglia all'ora a 40 gradi di latitudine (circa dove si concentra la maggior parte della popolazione degli Stati Uniti), potrebbe presumere che il vento provenga dal semplice frullare di un oggetto in un punto apparentemente velocità. Sebbene ciò abbia un senso intuitivo, il quadro reale è molto più complesso ma offre anche preziosi spunti didattici sui fenomeni meteorologici correlati, ma indipendenti dal vento stesso.

Il sole è l'ultima fonte di energia per moltissimi processi sulla Terra, e il vento non fa eccezione. Il vento deriva principalmente da diverse parti della superficie terrestre che assorbono diverse quantità di calore dal sole. Questa energia è espressa come vento attraversoconvezione,il trasferimento di calore attraverso il movimento in un fluido. L'aria più calda tende a salire mentre l'aria più fredda scende, instaurando scambi d'aria continuamente rotanti tra regioni d'aria adiacenti con temperature diverse.

Il vento circola in tutto il mondo in noti "ruscelli" che sono come famosi fiumi d'aria: correnti a getto, alisei, getti polari. I venti sono classificati in base alle loro specifiche fonti di origine comeventi geostrofici, venti termicioventi di gradiente​.

L'aria ha massa, quindi è possibile calcolare l'energia cinetica dell'aria in movimento proprio come qualsiasi altro oggetto. L'equazione perenergia cineticaè KE = (1/2)mv² dovev= velocità. (La velocità del vento è raramente costante a lungo, quindi la velocità del vento viene solitamente mediata su brevi periodi di tempo per generare dati significativi.)

La massa di un dato volume d'aria è la sua densità moltiplicata per il suo volume, o ρV. Ma con il ventoenergia,o energia per unità di tempo, la variabile di interesse è "flusso di massa del vento", o quanta aria scorre attraverso l'area della sezione trasversale A della turbina (spesso un cerchio). Ilequazione per l'energia eolicarisulta essere

il che significa che la potenza aumenta con il cubo della velocità del vento. Ciò significa che un vento di 30 MPH fornisce 10³ = ​migliaia di voltetanta potenza quanto un vento di 10 MPH!

• Per quanto riguarda le unità anemometriche, la velocità del vento è solitamente in miglia all'ora (mi/hr, o nel linguaggio comune, MPH) o chilometri all'ora, sebbene le unità SI siano metri al secondo (m/s). Se sei interessato a fare una rapida conversione da MPH a m/s, dividi per circa due e un quarto:

Sai già cos'è un anemometro. Ma a livello granulare, che tipo di dispositivi misurano la velocità del vento?

• ​Coppe ed eliche:Questo è il tipo di anemometro più diffuso e facile da realizzare. Possono verificarsi problemi con basse velocità del vento e con pioggia gelata.
• ​Tubo di Pitot:Questi sono utilizzati sugli aerei e nelle "gallerie del vento" nei laboratori.
• ​Trascina cilindro o sfera:Questi non sono comuni, ma vale la pena menzionarli.
• ​Anemometro a dissipazione:Queste sono versioni particolarmente robuste.
• ​Anemometro velocità del suono:Questi sono costosi e non per uso domestico, ma sono veloci e affidabili.
  

A volte, la direzione del vento è la preoccupazione principale, con la velocità meno importante. Con questo in mente, gli aeroporti hanno calze a vento che dicono molto sul tempo che verrà presto. Ad esempio, un vento da nord-ovest (un vento da NW) di solito significa tempo più fresco e secco, mentre un vento da SE porta spesso aria più calda e umida.

Iltazza-e-elicalo stile dell'anemometro è, come notato, il tipo più comune; casualmente, il suo funzionamento è facile da spiegare. Mentre il vento fa ruotare il braccio dell'elica, le coppe "catturano" il vento ruotano lungo un cerchio di raggio noto (2 volte π volte la lunghezza del braccio dell'elica, o la circonferenza) in un tempo noto, poiché gli spin dell'asta centrale sono contato. La distanza totale (giri per la circonferenza) divisa per il tempo è la velocità del vento.

Altri tipi di anemometri determinano la velocità del vento in modi più complessi. UNanemometro a filo caldosfrutta il fatto che quando l'aria scorre su un oggetto riscaldato a una temperatura più calda dell'aria, l'oggetto verrà raffreddato poiché il calore viene rimosso tramite convezione.

In un anemometro a filo caldo, un filo metallico riscaldato elettricamente viene esposto al vento, mentre la potenza viene aumentata o diminuita per mantenere costante la temperatura alla punta del filo. Quindi maggiore è la velocità del vento, maggiore è la potenza necessaria per mantenere l'equilibrio termico.

Misurazione della pressione dell'aria - che a sua volta viene misurata da uno strumento chiamato abarometro– può essere utilizzato anche per calcolare la velocità del vento. Un anemometro a tubo, ad esempio, misura la pressione dell'aria all'interno di un tubo di vetro aperto solo a un'estremità. La velocità del vento può essere calcolata dalla differenza di pressione tra l'interno del tubo e l'esterno.

• Se desideri provare a creare il tuo anemometro da oggetti ordinari, un esempio di come farlo è fornito nelle Risorse.

Nelle gare di corsa in competizioni internazionali su pista all'aperto, dove i corridori si muovono in una direzione netta, il vento può aiutare (o ostacolare) i concorrenti e produrre tempi superiori. Per questo motivo, durante questi eventi, a bordo pista viene posizionato un anemometro. La velocità massima del vento netto ammissibile in direzione dei corridori per stabilire nuovi record è di 2,0 m/s, quindi se l'anemometro legge al di sopra di questo valore in qualsiasi momento durante la gara, il segno non è idoneo per il record scopi.

Da una sezione precedente, sai che la velocità del vento in miglia orarie (MPH) è poco più del doppio del suo valore in m/s. Quindi un vento di 5 MPH, che sarebbe considerato abbastanza modesto per lo standard quotidiano, è sufficiente per fornire una spinta sufficiente per lasciare un segno al di fuori del regno della "vera" conquista umana. Quando finisci di soli 0,01 secondi più velocemente di quanto chiunque abbia mai corso prima in una gara che dura meno di 10 secondi, ogni fattore è fondamentale. Ora immagina una pista senza moderne apparecchiature di cronometraggio, figuriamoci anemometri!