Hoewel iets van een onhandig woord,anemometerverwijst naar een eenvoudig maar verrassend veelzijdig instrument, een instrument dat te vinden is in de meest elementaire weerstations over de hele wereld. De vertaling uit het Grieks is eenvoudig: "anem-" is de wortel van "wind" en "meter" betekent (in algemene termen, niet als een hoeveelheid) "maat".
Als je denkt aan het woord 'weer' zelf, tenzij je in de ruimte woont, is een van de eerste woorden of zintuiglijke beelden die in je opkomen vrijwel zekerwind,een fenomeen dat catastrofale schade kan veroorzaken en toch een geliefd onderdeel van bijna iedereen blijft levenservaring, als stapels poëzie en literatuur het bereik van het fenomeen moeten onderzoeken vertrouwd.
Om redenen van veiligheid, recreatieve planning en pure nieuwsgierigheid, op elk moment de snelheid van het weer kennen - of in ieder geval de richting waarin het waait als u om de een of andere reden niet naar buiten kunt om dit met uw eigen zintuigen te detecteren - in uw omgeving, of op een plek waar u binnenkort naartoe wilt reizen, is nuttige informatie inderdaad. Voor dit doel zijn veel verschillende soorten windmeters beschikbaar, waarvan sommige afhankelijk zijn van bijzonder slimme methoden om indirect de windsnelheid te meten.
Waar komt wind vandaan?
Een jong kind vertelde dat de aarde ronddraait met 1.000 mijl per uur op de evenaar, en met ongeveer 800 mijl per uur op 40 graden breedtegraad (ongeveer waar het grootste deel van de Amerikaanse bevolking is gecentreerd), zou kunnen aannemen dat wind afkomstig is van het eenvoudig ronddraaien van een object op schijnbaar onmogelijke snelheden. Hoewel dit intuïtief logisch is, is het echte beeld veel complexer, maar biedt het ook waardevolle leerpunten over weersverschijnselen die verband houden met, maar onafhankelijk zijn van, de wind zelf.
De zon is de ultieme energiebron voor heel veel processen op aarde, en wind is daarop geen uitzondering. Wind is voornamelijk het gevolg van verschillende delen van het aardoppervlak die verschillende hoeveelheden warmte van de zon absorberen. Deze energie wordt uitgedrukt als wind doorconvectie,de overdracht van warmte via beweging in een vloeistof. Hetere lucht heeft de neiging om op te stijgen terwijl koelere lucht daalt, waardoor voortdurend roterende luchtuitwisselingen plaatsvinden tussen aangrenzende luchtgebieden met verschillende temperaturen.
Wind circuleert over de hele wereld in bekende "stromen" die zijn als beroemde rivieren van lucht: jetstreams, passaatwinden, polaire jets. Winden worden gecategoriseerd op basis van hun specifieke oorsprongsbronnen als:geostrofische winden, thermische windenofgradiënt winden.
De fysica van windenergie
Lucht heeft massa, dus het is mogelijk om de kinetische energie van bewegende lucht te berekenen, net als elk ander object. De vergelijking voorkinetische energieis KE = (1/2)mv2 waarv= snelheid. (De windsnelheid is zelden lang constant, dus de windsnelheid wordt meestal gemiddeld over korte tijdsperioden om zinvolle gegevens te genereren.)
De massa van een bepaald luchtvolume is de dichtheid maal het volume, of ρV. Maar met windmacht,of energie per tijdseenheid, is de variabele van belang "windmassaflux", of hoeveel lucht er over het dwarsdoorsnede-oppervlak A van de turbine stroomt (vaak een cirkel). Devergelijking voor windenergieblijkt te zijn
P_w=\frac{1}{2}\rho Av^3
wat betekent dat het vermogen toeneemt met de derde macht van de windsnelheid. Dat betekent dat een wind van 30 MPH 10. levert3 = duizend keerevenveel kracht als een wind van 10 MPH!
- Wat windmetereenheden betreft, is de windsnelheid meestal in mijlen per uur (mi/u, of in het dagelijks taalgebruik, MPH) of kilometers per uur, hoewel SI-eenheden meters per seconde (m/s) zouden zijn. Als u geïnteresseerd bent in een snelle conversie van MPH naar m/s, deel deze dan door ongeveer twee en een kwart:
(1\text{ mi/hr}) = (\text{mi}/1.609\text{ m})(3600\text{ s/hr}) = 0,447\text{ m/s}
Soorten windmeter
Je weet al wat een windmeter 'is'. Maar op granulair niveau, wat voor soort apparaten meten mensen de windsnelheid?
- Bekers en propellers:Dit is het meest gebruikte type windmeter, en makkelijk te maken. Bij lage windsnelheden en bij aanvriezende regen kunnen er problemen optreden.
- pitotbuis:Deze worden gebruikt in vliegtuigen en in "windtunnels" in laboratoria.
- Sleepcilinder of bol:Deze zijn niet gebruikelijk, maar het vermelden waard.
- Dissipatie anemometer:Dit zijn bijzonder robuuste versies.
- Snelheid-van-geluid windmeter:Deze zijn duur, en niet voor huishoudelijk gebruik, maar wel snel en betrouwbaar.
Soms is de windrichting de belangrijkste zorg, terwijl de snelheid minder belangrijk is. Met dit in gedachten hebben luchthavens windsokken die veel vertellen over het weer dat zich binnenkort gaat voordoen. Een wind uit het noordwesten (een NW-wind) betekent bijvoorbeeld meestal koeler, droger weer, terwijl een ZO-wind vaak warmere, vochtigere lucht brengt.
Hoe windmeters werken
Dekop-en-propellerstijl van anemometer is, zoals opgemerkt, het meest voorkomende type; toevallig is de werking ervan gemakkelijk uit te leggen. Terwijl de wind de arm van de propeller ronddraait, "vangen" de cups de wind door een cirkel met een bekende straal (2 maal π maal de lengte van de propellerarm of de omtrek) in een bekende tijd, aangezien de spins van de centrale staaf geteld. De totale afstand (omwentelingen maal omtrek) gedeeld door de tijd is de windsnelheid.
Andere soorten anemometers bepalen de windsnelheid op meer betrokken manieren. EENhete draad anemometermaakt gebruik van het feit dat wanneer lucht over een object stroomt dat wordt verwarmd tot een temperatuur die warmer is dan de lucht, het object zal worden gekoeld omdat warmte via convectie wordt afgevoerd.
In een hetedraadanemometer wordt een elektrisch verwarmde metalen draad blootgesteld aan de wind, terwijl het vermogen wordt verhoogd of verlaagd om de temperatuur aan de draadpunt constant te houden. Dus hoe hoger de windsnelheid, hoe meer vermogen er nodig is om het thermisch evenwicht te handhaven.
Luchtdruk meten - die zelf wordt gemeten door een instrument genaamd abarometer– kan ook worden gebruikt om de windsnelheid te berekenen. Een buisanemometer meet bijvoorbeeld de luchtdruk in een glazen buis die maar aan één kant open is. Windsnelheid kan worden berekend uit het drukverschil tussen de binnenkant van de buis en de buitenkant.
- Als u wilt proberen uw eigen windmeter te maken van gewone voorwerpen, vindt u een voorbeeld van hoe u dat moet doen in de bronnen.
Ander gebruik van de windmeter: sport
Bij hardloopevenementen in internationale buitenbaanwedstrijden, waarbij lopers in één richting van het net bewegen, kan de wind de deelnemers helpen (of hinderen) en superieure tijden produceren. Om deze reden wordt tijdens deze evenementen een anemometer langs de baan geplaatst. De maximaal toegestane netto windsnelheid in de richting van de lopers voor het vestigen van nieuwe records is 2,0 m/s, dus als de windmeter op enig moment tijdens de race boven deze waarde staat, komt het merkteken niet in aanmerking voor record doeleinden.
Uit een vorige paragraaf weet je dat de windsnelheid in mijl per uur (MPH) iets meer dan het dubbele is van de waarde in m/s. Dus een wind van 5 MPH, die naar alledaagse maatstaven als vrij bescheiden zou worden beschouwd, is voldoende om genoeg kracht te geven om een merk buiten het bereik van "echte" menselijke prestaties te brengen. Als je slechts 0,01 seconden sneller finisht dan iemand ooit heeft gelopen in een race van minder dan 10 seconden, is elke factor van cruciaal belang. Stel je nu eens een baan voor zonder moderne timingapparatuur, laat staan windmeters!