Kalbant apie vėją gali iškilti daugybė skirtingų vaizdų. Vėjas gali pasireikšti įvairiais būdais, pradedant ramiu aitvaru skriejančiu vasaros vėjeliu ir baigiant uraganu, kuris verčia stogą. Anemometras matuoja vėjo greitį, bet kaip vėjo greitis virsta jėga?
Jėga, vėjas ir slėgis
Jėga, paprastai apibūdinama kaip stūmimas ar traukimas, gali būti apskaičiuojama pagal formulę jėga lygi masės ir pagreičio (F = ma). Vėjas taip pat stumia ir traukia, paprastai didesne jėga, kai juda greičiau. Slėgis lygus jėgai, padalytai iš ploto. Iš esmės vėjas veikia jėgą tokioje srityje kaip siena, stogas ar žmogus.
Vėjo matavimas
Anemometrai matuoja vėją. Nors egzistuoja skirtingų tipų anemometrai, dažniausiai naudojamas vienas pasisuka su vėju. Posūkių greitis išreiškiamas vėjo greičiu ir vėjo slėgiu. Kadangi vėjo greitis svyruoja, vėjo greičiui apskaičiuoti naudojamas vidutinis apsisukimų skaičius per trumpą laiką. Vėjo greitis dažniausiai bus nurodomas myliomis per valandą (mph), kilometrais per valandą (kph) arba Beauforto skale, tačiau jis taip pat gali būti nurodomas kaip mazgai, pėdos per sekundę (f / s) arba metrai per sekundę (m / s ). Kelios internetinės programos konvertuos vėjo greitį iš vieno įrenginio į kitą.
Jėgos apskaičiavimas pagal vėjo greitį
Norint apskaičiuoti vėjo jėgą, reikia oro masės ir vėjo pagreičio. Vidutinis oro masės tankis jūros lygyje yra maždaug 1,229 kilogramai kubiniame metre. Šiuo atveju vėjo plotas matuojamas kvadratiniais metrais. Oro, patenkančio į paviršių, masė lygi oro tankio ir ploto dalims. Pagreitis (a) yra lygus vėjo greičio kvadratui metrais per sekundę (m / s).
Norėdami apskaičiuoti jėgą niutonais (N), naudokite jėgos (F), lygios masės (m) ir pagreičio (a), formulę. Vienas Niutonas yra lygus kilogramui metrų per sekundę kvadratu (kg-m / s2).
Būtinai naudokite atitinkamus vienetus. Atliekant šį skaičiavimą, vidutinis oro tankis jūros lygyje yra 1,229 kilogramai kubiniam metrui (kg / m3). Oro smūgio plotas lygus 1 kvadratiniam metrui. Norėdami apskaičiuoti 5 mylių per valandą vėjo jėgą, pirmiausia konvertuokite vėjo greitį į metrus per sekundę. Naudojant internetinį keitiklį paaiškėja, kad 5 km / h yra lygus 2,24 m / s.
Jėgos formulės užpildymas yra lygus oro masei (Am) kartų vėjo greitis kvadratu:
F = A_m \ timesd a ^ 2
pateikia šį skaičiavimą:
F = (1 \ text {m} ^ 2) \ times (1.229 \ text {kg / m} ^ 3) \ times (2.24 \ text {m / s}) ^ 2 = 6.17 \ text {N}
Atlikus matematiką paaiškėja, kad F = 6,17 kg-m / s2 arba 6,17 N. Taigi, 5 mylių per valandą vėjelis turėtų pakankamai jėgų pakelti standartinį aitvarą.