Selv om noe av et vanskelig ord,vindmålerrefererer til et enkelt, men overraskende allsidig instrument, en som finnes i de mest grunnleggende værstasjonene over hele verden. Oversettelsen fra gresk er grei: "anem-" er roten til "vind" og "meter" som betyr (generelt, ikke som en mengde) "mål".
Når du tenker på selve ordet "vær", med mindre du bor i verdensrommet, er et av de første ordene eller sensoriske bildene du kommer opp i tankene nesten helt sikkertvind,et fenomen som kan forårsake katastrofal skade, men som fortsatt er en verdsatt del av nesten alles livserfaring, hvis skikkelser av poesi og litteratur som utforsker fenomenets rekkevidde, skal være klarert.
Av sikkerhetshensyn, rekreasjonsplanlegging og ren nysgjerrighet, å vite værhastigheten når som helst - eller i det minste retningen det blåser i hvis du av en eller annen grunn ikke kan komme deg utenfor for å oppdage dette med dine egne sanser - i ditt område, eller på et sted du har tenkt å reise til snart, er nyttig informasjon faktisk. Mange forskjellige typer vindmåler er tilgjengelige for dette formålet, noen av dem er avhengige av spesielt smarte metoder for indirekte å måle vindhastigheten.
Hvor kommer vind fra?
Et ungt barn fortalte at jorden snurrer rundt 1000 miles i timen ved ekvator, og rundt 800 miles i timen på 40 grader breddegrad (ca. hvor det meste av den amerikanske befolkningen er sentrert), kan anta at vind kommer fra den enkle piskingen rundt et objekt til tilsynelatende umulig hastigheter. Selv om dette gir en intuitiv mening, er det virkelige bildet langt mer komplekst, men tilbyr også verdifulle læringspunkter om værfenomener relatert til, men uavhengig av vinden selv.
Solen er den ultimate energikilden for mange prosesser på jorden, og vind er ikke noe unntak. Vind kommer hovedsakelig fra forskjellige deler av jordens overflate som absorberer forskjellige mengder varme fra solen. Denne energien uttrykkes som vind gjennomkonveksjon,overføring av varme via bevegelse i en væske. Varmere luft har en tendens til å stige mens kjøligere luft synker, og setter opp kontinuerlig roterende luftutveksling mellom tilstøtende luftregioner med forskjellige temperaturer.
Vind sirkulerer over hele kloden i kjente "bekker" som er som berømte elver med luft: jetstrømmer, passatvind, polarstråler. Vind kategoriseres basert på deres spesifikke opprinnelseskilder somgeostrofiske vinder, termiske vinderellergradientvind.
Vindkraftens fysikk
Luft har masse, så det er mulig å beregne den kinetiske energien til luft i bevegelse akkurat som ethvert annet objekt. Ligningen forkinetisk energier KE = (1/2) mv2 hvorv= hastighet. (Vindhastigheten er sjelden konstant for lang tid, så vindhastigheten måles vanligvis over korte tidsperioder for å generere meningsfulle data.)
Massen til et gitt luftvolum er dens tetthet ganger volumet, eller ρV. Men med vindmakt,eller energi per tidsenhet, variabelen av interesse er "vindmassestrøm", eller hvor mye luft som strømmer over tverrsnittsområdet A av turbinen (ofte en sirkel). Deligning for vindkraftviser seg å være
P_w = \ frac {1} {2} \ rho Av ^ 3
som betyr at kraften øker med kuben av vindhastighet. Det betyr at en vind på 30 MPH gir 103 = tusen gangerlike mye kraft som en vind på 10 MPH!
- Når det gjelder vindmåleenheter, er vindhastigheten vanligvis i miles per time (mi / time, eller i daglig tale, MPH) eller kilometer i timen, selv om SI-enheter vil være meter per sekund (m / s). Hvis du er interessert i å gjøre en rask konvertering fra MPH til m / s, kan du dele med omtrent to og et kvartal:
(1 \ text {mi / hr}) = (\ text {mi} / 1609 \ text {m}) (3600 \ text {s / hr}) = 0,447 \ text {m / s}
Typer av et vindmåler
Du vet allerede hva et vindmåler "er." Men på granulært nivå, hva slags enheter måler folk vindhastigheten?
- Kopper og propeller:Dette er den mest brukte typen vindmåler, og er lett å lage. Problemer kan oppstå med lave vindhastigheter og med frysende regn.
- Pitot-rør:Disse brukes på fly og i "vindtunneler" i laboratorier.
- Dra sylinder eller kule:Disse er ikke vanlige, men bærer omtale.
- Dissipasjonsanemometer:Dette er spesielt robuste versjoner.
- Anemometer for lydhastighet:Disse er dyre, og ikke for husholdningsbruk, men er raske og pålitelige.
Noen ganger er vindretningen det viktigste, med hastighet mindre viktig. Med dette i bakhodet har flyplasser vindsokker som forteller mye om vær som snart kommer. For eksempel betyr en vind nordvest (en NV-vind) vanligvis kjøligere, tørrere vær, mens en SE-vind ofte gir varmere og fuktigere luft.
Hvordan vindmåler fungerer
Dekopp-og-propellstil med vindmåler er, som nevnt, den vanligste typen; heldigvis er driften lett å forklare. Når vinden snurrer armen på propellen rundt, "fanger" koppene vinden gjennom en sirkel med kjent radius (2 ganger π ganger lengden på propellarmen, eller omkretsen) i en kjent tid, da spinnene til den sentrale stangen er telles. Total avstand (omdreining ganger omkrets) delt på tid er vindhastighet.
Andre typer vindmålere bestemmer vindhastigheten på mer involverte måter. ENvarmetrådsanemometerbruker det faktum at når luft strømmer over en gjenstand som er oppvarmet til en temperatur varmere enn luften, vil gjenstanden bli avkjølt når varmen fjernes via konveksjon.
I et varmetrådsanemometer blir en metalltråd som er oppvarmet elektrisk utsatt for vinden, mens kraften økes eller reduseres for å holde temperaturen på trådspissen konstant. Dermed jo høyere vindhastigheten er, desto mer kraft trenger du for å opprettholde termisk likevekt.
Måling av lufttrykk - som i seg selv måles av et instrument som kalles abarometer- kan også brukes til å beregne vindhastighet. Et røranemometer måler for eksempel lufttrykket inne i et glassrør som bare er åpent i den ene enden. Vindhastigheten kan beregnes ut fra forskjellen i trykk mellom innsiden av røret og det ytre.
- Hvis du vil prøve deg på å lage ditt eget vindmåler fra vanlige gjenstander, er et eksempel på hvordan du gjør det i Ressursene.
Andre anvendelser av vindmåler: Sport
I løpearrangementer i internasjonale utendørs banekonkurranser, der løpere beveger seg i en netto retning, kan vinden hjelpe (eller hindre) konkurrenter og produsere overlegne tider. Av denne grunn plasseres et vindmåler ved banesiden under disse hendelsene. Maksimal tillatt netto vindhastighet i retning løperne for å sette nye rekorder er 2,0 m / s, så hvis vindmåleren leser over denne verdien når som helst under løpet, er merket ikke kvalifisert for rekord formål.
Fra en forrige seksjon vet du at vindhastigheten i miles per time (MPH) er litt mer enn det dobbelte av verdien i m / s. Dermed er en vind på 5 MPH, som vil bli ansett som ganske beskjeden av hverdagsstandard, tilstrekkelig til å gi nok av et løft til å gi et merke utenfor "sann" menneskelig prestasjon. Når du bare avslutter 0,01 sekunder raskere enn noen noen gang har løpt før i et løp som varer mindre enn 10 sekunder, er hver faktor avgjørende. Tenk deg spor uten moderne tidsutstyr, enn si vindmålere!