Kā darbojas anemometrs?

Lai arī kaut kas ir neērts vārds,anemometrsattiecas uz vienkāršu, bet pārsteidzoši daudzpusīgu instrumentu, kas atrodams visvienkāršākajās meteoroloģiskajās stacijās visā pasaulē. Tulkojums no grieķu valodas ir vienkāršs: "anem-" ir saknes "vējš" un "metrs", kas nozīmē (vispārīgi, nevis kā daudzumu) "mēru".

Kad jūs domājat par pašu vārdu "laika apstākļi", ja vien jūs nedzīvojat kosmosā, viens no pirmajiem vārdiem vai maņu attēliem, kas nāk prātā, gandrīz noteikti irvējš,parādība, kas var izraisīt katastrofālus zaudējumus, tomēr joprojām ir lolojama gandrīz visu cilvēku daļa dzīves pieredze, ja dzejas un literatūras raksti, kas pēta parādības sasniedzamību uzticami.

Drošības, atpūtas plānošanas un vienkāršas ziņkārības dēļ, zinot laika apstākļu ātrumu jebkurā laikā - vai vismaz virzienu, kurā tas pūš ja kāda iemesla dēļ jūs nevarat nokļūt ārpusē, lai to atklātu ar savām izjūtām - savā apkārtnē vai vietā, uz kuru drīz plānojat doties, ir noderīga informācija patiešām. Šim nolūkam ir pieejami daudz dažādu veidu anemometri, no kuriem daži paļaujas uz īpaši gudrām metodēm, lai netieši mērītu vēja ātrumu.

Kāds mazs bērns pastāstīja, ka Zeme griežas ap 1000 jūdzēm stundā pie sava ekvatora un aptuveni 800 jūdzes stundā 40 grādu platumā (apmēram kur ir centrēta lielākā daļa ASV iedzīvotāju), var pieņemt, ka vējš rodas no vienkāršas objekta pātagošanas šķietami neiespējamā vietā ātrumi. Lai gan tam ir intuitīva jēga, reālā aina ir daudz sarežģītāka, taču tajā ir arī vērtīgi mācību punkti par laika parādībām, kas saistītas ar pašu vēju, bet nav atkarīgs no tā.

Saule ir galvenais enerģijas avots ļoti daudziem procesiem uz Zemes, un vējš nav izņēmums. Vējš galvenokārt rodas no dažādām Zemes virsmas daļām, kas absorbē dažādus saules siltuma daudzumus. Šī enerģija tiek izteikta kā vējš caurikonvekcija,siltuma pārnešana, pārvietojoties šķidrumā. Karstākam gaisam ir tendence pieaugt, kamēr vēsāks gaiss grimst, izveidojot nepārtraukti rotējošu gaisa apmaiņu starp blakus esošajiem gaisa reģioniem ar dažādu temperatūru.

Vējš cirkulē apkārt pasaulei plaši pazīstamās "straumēs", kas ir kā slavenas gaisa upes: strūklas plūsmas, tirdzniecības vēji, polārās strūklas. Vēji tiek iedalīti kategorijās, ņemot vērā to īpašos izcelsmes avotusģeostrofiski vēji, termiski vējivaigradienta vēji​.

Gaisam ir masa, tāpēc ir iespējams aprēķināt kustīgā gaisa kinētisko enerģiju tāpat kā jebkuru citu objektu. Vienādojumskinētiskā enerģijair KE = (1/2) mv² kurv= ātrums. (Vēja ātrums reti ir nemainīgs ilgu laiku, tāpēc, lai iegūtu jēgpilnus datus, vēja ātrums parasti tiek vidēji aprēķināts īsos laika periodos.)

Noteiktā gaisa tilpuma masa ir tā blīvums reizināts ar tilpumu vai ρV. Bet ar vējujauda,vai enerģija laika vienībā, interesējošais mainīgais ir "vēja masas plūsma" vai tas, cik daudz gaisa plūst turbīnas šķērsgriezuma laukumā A (bieži vien aplis). Thevēja enerģijas vienādojumsizrādās

kas nozīmē, ka jauda palielinās līdz ar vēja ātruma kubu. Tas nozīmē, ka 30 MPH vējš nodrošina 10³ = ​tūkstoš reižutikpat jaudas kā 10 MPH vējš!

• Kas attiecas uz anemometra vienībām, vēja ātrums parasti ir jūdzes stundā (mi / h vai ikdienas valodā - MPH) vai kilometri stundā, lai gan SI vienības būtu metri sekundē (m / s). Ja jūs interesē veikt ātru konversiju no MPH uz m / s, daliet to ar apmēram divām un ceturtdaļām:

Jūs jau zināt, kas ir anemometrs "." Bet kāda veida ierīces cilvēki mēra vēja ātrumu granulu līmenī?

• ​Krūzes un propelleri:Šis ir visplašāk izmantotais anemometra veids, un to ir viegli izgatavot. Problēmas var rasties ar mazu vēja ātrumu un ar sasalstošu lietu.
• ​Pito caurule:Tos izmanto lidmašīnās un laboratoriju "vēja tuneļos".
• ​Velciet cilindru vai sfēru:Tās nav izplatītas, taču tās piemin.
• ​Izkliedes anemometrs:Tās ir īpaši izturīgas versijas.
• ​Skaņas ātruma anemometrs:Tie ir dārgi un nav paredzēti mājsaimniecībai, bet ir ātri un droši.
  

Dažreiz galvenā problēma ir vēja virziens, un ātrums ir mazāk svarīgs. Paturot to prātā, lidostās ir vēja zeķes, kas daudz stāsta par drīz gaidāmajiem laika apstākļiem. Piemēram, vējš no ziemeļrietumiem (ZR vējš) parasti nozīmē vēsāku, sausāku laiku, turpretī DA vējš bieži vien dod siltāku, mitru gaisu.

Thekauss un dzenskrūvekā atzīmēts, anemometra stils ir visizplatītākais veids; nejauši tā darbību ir viegli izskaidrot. Kad vējš griežas dzenskrūves rokā apkārt, tases, kas "noķer" vēju, griežas pa zināmā rādiusa apli (2 reizes π reizes lielāks par propellera sviras garumu vai apkārtmēru) zināmā laikā, jo centrālā stieņa griezieni ir saskaitīts. Kopējais attālums (apgriezienu skaits un apkārtmērs) dalīts ar laiku ir vēja ātrums.

Cita veida anemometri vēja ātrumu nosaka vairāk iesaistītos veidos. Akarstās stieples anemometrsizmanto faktu, ka, gaisam plūstot virs objekta, kas sasildīts līdz temperatūrai, kas ir siltāka par gaisu, objekts tiks atdzisis, jo siltums tiek noņemts konvekcijas ceļā.

Karstā stieples anemometrā metāla stieple, kas ir elektriski sasilusi, tiek pakļauta vējam, savukārt jauda tiek palielināta vai samazināta, lai temperatūra stieples galā būtu nemainīga. Tādējādi, jo lielāks ir vēja ātrums, jo lielāka jauda nepieciešama siltuma līdzsvara uzturēšanai.

Gaisa spiediena mērīšana - ko pats mēra ar instrumentu, ko sauc par abarometrs- var izmantot arī vēja ātruma aprēķināšanai. Piemēram, caurules anemometrs mēra gaisa spiedienu stikla caurulē, kas ir atvērta tikai vienā galā. Vēja ātrumu var aprēķināt pēc spiediena starpības starp caurules iekšpusi un ārpusi.

• Ja vēlaties izmēģināt spēkus, veidojot pats anemometru no parastiem priekšmetiem, resursu sadaļā ir sniegts piemērs, kā to izdarīt.

Skriešanas pasākumos starptautiskās brīvdabas trases sacensībās, kur skrējēji pārvietojas vienā tīkla virzienā, vējš var palīdzēt (vai kavēt) konkurentus un uzrādīt pārākus laikus. Šī iemesla dēļ šo notikumu laikā sliežu ceļam tiek novietots anemometrs. Maksimālais pieļaujamais tīrais vēja ātrums skrējēju virzienā jaunu rekordu uzstādīšanai ir 2,0 m / s, Tātad, ja vēja mērītājs jebkurā sacīkšu laikā nolasās virs šīs vērtības, atzīme nav reģistrējama mērķiem.

No iepriekšējās sadaļas jūs zināt, ka vēja ātrums jūdzēs stundā (MPH) ir nedaudz vairāk nekā divas reizes lielāks par tā vērtību m / s. Tādējādi 5 MPH vējš, ko ikdienas standarti uzskatīs par diezgan pieticīgu, ir pietiekams, lai sniegtu pietiekamu stimulu, lai padarītu atzīmi ārpus "patieso" cilvēka sasniegumu sfēras. Finišējot tikai par 0,01 sekundi ātrāk nekā jebkurš cits ir skrējis sacīkstēs, kuru ilgums ir mazāks par 10 sekundēm, katrs faktors ir kritisks. Tagad iedomājieties trasi bez moderna laika aprīkojuma, nemaz nerunājot par anemometriem!