La potenza del vento non può essere sottovalutata. Come forza, il vento varia da una leggera brezza che solleva un aquilone all'uragano che strappa un tetto. Anche i pali della luce e simili strutture comuni e quotidiane devono essere progettate per resistere alla forza del vento. Tuttavia, il calcolo dell'area proiettata interessata dai carichi del vento non è difficile.
Formula del carico del vento
La formula per calcolare il carico del vento, nella sua forma più semplice, è che la forza del carico del vento è uguale alla pressione del vento per l'area proiettata per il coefficiente di resistenza. Matematicamente, la formula è scritta come
F=PAC_d
Ulteriori fattori che influenzano i carichi del vento includono raffiche di vento, altezze delle strutture e strutture del terreno circostante. Inoltre, i dettagli strutturali possono prendere il vento.
Definizione dell'area proiettata
Per area proiettata si intende l'area della superficie perpendicolare al vento. Gli ingegneri possono scegliere di utilizzare l'area massima proiettata per calcolare la forza del vento.
Il calcolo dell'area proiettata di una superficie piana rivolta verso il vento richiede di pensare alla forma tridimensionale come a una superficie bidimensionale. La superficie piana di una parete standard rivolta direttamente al vento presenterà una superficie quadrata o rettangolare. L'area proiettata di un cono potrebbe presentarsi come un triangolo o come un cerchio. L'area proiettata di una sfera sarà sempre presente come un cerchio.
Calcoli dell'area proiettata
Area proiettata di un quadrato
L'area che il vento colpisce su una struttura quadrata o rettangolare dipende dall'orientamento della struttura rispetto al vento. Se il vento colpisce perpendicolarmente a una superficie quadrata o rettangolare, il calcolo dell'area è area uguale a lunghezza per larghezza (A=LH). Per un muro lungo 20 piedi per 10 piedi di altezza, l'area proiettata è pari a 20 × 10 o 200 piedi quadrati.
Tuttavia, la larghezza massima di una struttura rettangolare sarà la distanza da un angolo all'angolo opposto, non la distanza tra gli angoli adiacenti. Ad esempio, considera un edificio largo 10 piedi, lungo 12 piedi e alto 10 piedi. Se il vento colpisce perpendicolarmente a un lato, l'area proiettata di un muro sarà 10 × 10 o 100 piedi quadrati mentre l'area proiettata dell'altro muro sarà 12 × 10 o 120 piedi quadrati.
Se il vento colpisce perpendicolarmente ad un angolo, invece, la lunghezza dell'area proiettata può essere calcolata secondo il Teorema di Pitagora
a^2+b^2=c^2
La distanza tra gli angoli opposti (L) diventa
10^2+12^2=L^2\implica L^2=244\implica L=\sqrt{244}=15.6\testo{ piedi}
L'area proiettata diventa quindi L × H, 15,6 × 10 = 156 piedi quadrati.
Area proiettata di una sfera
Guardando direttamente in una sfera, la vista bidimensionale o l'area frontale proiettata di una sfera è un cerchio. Il diametro proiettato del cerchio è uguale al diametro della sfera.
Il calcolo dell'area proiettata utilizza quindi la formula dell'area per un cerchio: area uguale a pi per raggio per raggio o A=πr2. Se il diametro della sfera è 20 piedi, il raggio sarà 20÷2=10 e l'area proiettata sarà A=π × 102≈3,14 × 100 = 314 piedi quadrati.
Area proiettata di un cono
Il carico del vento su un cono dipende dall'orientamento del cono. Se il cono si trova sulla sua base, l'area proiettata del cono sarà un triangolo. La formula dell'area per un triangolo, base per altezza per metà (B × H÷2), richiede di conoscere la lunghezza attraverso la base e l'altezza alla punta del cono. Se la struttura ha una larghezza di 10 piedi e un'altezza di 15 piedi, il calcolo dell'area proiettata diventa 10 × 15÷2=150÷2=75 piedi quadrati.
Se, tuttavia, il cono è bilanciato in modo che la base o la punta punti direttamente nel vento, l'area proiettata sarà un cerchio con un diametro uguale alla distanza attraverso la base. Verrà quindi applicata l'area per una formula circolare.
Se il cono giace in modo che il vento colpisca perpendicolarmente al lato (parallelo alla base), l'area proiettata del cono avrà la stessa forma triangolare di quando il cono si trova sulla sua base. L'area di una formula triangolare verrebbe quindi utilizzata per calcolare l'area proiettata.