Jak działa anemometr?

Choć coś niezręcznego słowa,wiatromierzodnosi się do prostego, ale zaskakująco wszechstronnego instrumentu, który można znaleźć w najbardziej podstawowych stacjach pogodowych na całym świecie. Tłumaczenie z języka greckiego jest proste: „anem-” jest rdzeniem „wiatr” i „metr”, co oznacza (ogólnie, nie jako ilość) „miara”.

Kiedy myślisz o samym słowie „pogoda”, chyba że mieszkasz w kosmosie, jednym z pierwszych słów lub obrazów zmysłowych, które przychodzą na myśl, jest prawie na pewnowiatr,zjawisko, które może spowodować katastrofalne szkody, ale pozostaje cenioną częścią prawie wszystkich doświadczenie życiowe, jeśli mają być ryzy poezji i literatury eksplorującej zasięg zjawiska phenomenon zaufany.

Ze względów bezpieczeństwa, planowania rekreacji i zwykłej ciekawości, znając prędkość pogody w każdej chwili – a przynajmniej kierunek, w którym wieje jeśli z jakiegoś powodu nie możesz wyjść na zewnątrz, aby to wykryć własnymi zmysłami – w Twojej okolicy lub w miejscu, do którego zamierzasz niedługo udać się, jest to przydatna informacja w rzeczy samej. W tym celu dostępnych jest wiele różnych typów anemometrów, niektóre z nich opierają się na szczególnie sprytnych metodach pośredniego pomiaru prędkości wiatru.

Małe dziecko powiedziało, że Ziemia obraca się z prędkością 1000 mil na godzinę na równiku i z prędkością około 800 mil na godzinę na 40 stopniach szerokości geograficznej. gdzie koncentruje się większość populacji USA), może założyć, że wiatr pochodzi z prostego kręcenia obiektu w pozornie niemożliwym prędkości. Chociaż ma to intuicyjny sens, prawdziwy obraz jest znacznie bardziej złożony, ale oferuje również cenne wskazówki dotyczące zjawisk pogodowych związanych z samym wiatrem, ale niezależnych od niego.

Słońce jest ostatecznym źródłem energii dla wielu procesów na Ziemi, a wiatr nie jest wyjątkiem. Wiatr wynika głównie z tego, że różne części powierzchni Ziemi pochłaniają różne ilości ciepła ze słońca. Ta energia jest wyrażona jako wiatr przezkonwekcja,przenoszenie ciepła poprzez ruch w płynie. Ciepłe powietrze ma tendencję do unoszenia się, podczas gdy chłodniejsze powietrze opada, powodując ciągłą wymianę powietrza między sąsiednimi obszarami powietrza o różnych temperaturach.

Wiatr krąży po całym świecie w dobrze znanych „strumieniach”, które są jak słynne rzeki powietrza: prądy strumieniowe, pasaty, strumienie polarne. Wiatry są kategoryzowane na podstawie ich konkretnych źródeł pochodzenia, jakowiatry geostroficzne, wiatry termicznelubwiatry gradientowe​.

Powietrze ma masę, więc można obliczyć energię kinetyczną poruszającego się powietrza tak jak każdy inny obiekt. Równanie dlaenergia kinetycznato KE = (1/2)mv² gdziev= prędkość. (Prędkość wiatru rzadko jest stała przez długi czas, więc prędkość wiatru jest zwykle uśredniana w krótkich okresach czasu w celu wygenerowania znaczących danych.)

Masą danej objętości powietrza jest jej gęstość pomnożona przez objętość, czyli ρV. Ale z wiatremmoc,lub energii na jednostkę czasu, interesującą zmienną jest „strumień masy wiatru” lub ilość powietrza przepływającego przez obszar przekroju A turbiny (często koło).równanie na energię wiatruokazuje się

co oznacza, że ​​moc rośnie wraz z sześcianem prędkości wiatru. Oznacza to, że wiatr o prędkości 30 mil na godzinę zapewnia 10³ = ​tysiąc razytyle mocy co wiatr 10 mil na godzinę!

• Jeśli chodzi o jednostki anemometru, prędkość wiatru jest zwykle w milach na godzinę (mi/h lub w mowie potocznej, MPH) lub kilometrach na godzinę, chociaż jednostkami SI byłyby metry na sekundę (m/s). Jeśli interesuje Cię szybka konwersja z MPH na m/s, podziel przez około dwa i jedną czwartą:

Wiesz już, czym jest anemometr. Ale na poziomie szczegółowym, jakimi urządzeniami ludzie mierzą prędkość wiatru?

• ​Kubki i śmigła:Jest to najczęściej używany typ anemometru i łatwy do wykonania. Problemy mogą wystąpić przy niskich prędkościach wiatru i marznącym deszczu.
• ​Rurka Pitota:Są one używane w samolotach oraz w „tunelach aerodynamicznych” w laboratoriach.
• ​Przeciągnij cylinder lub kulę:Nie są one powszechne, ale warto o tym wspomnieć.
• ​Anemometr rozpraszający:Są to szczególnie wytrzymałe wersje.
• ​Anemometr prędkości dźwięku:Są drogie i nie do użytku domowego, ale są szybkie i niezawodne.
  

Czasami głównym problemem jest kierunek wiatru, a prędkość mniej ważna. Mając to na uwadze, lotniska mają skarpety przeciwwiatrowe, które wiele mówią o nadchodzącej pogodzie. Na przykład wiatr z północnego zachodu (wiatr północno-zachodni) zwykle oznacza chłodniejszą, suchszą pogodę, podczas gdy wiatr południowo-wschodni często przynosi cieplejsze, bardziej wilgotne powietrze.

kielich i śmigłostyl anemometru jest, jak wspomniano, najczęstszym typem; na szczęście jego działanie jest łatwe do wytłumaczenia. Gdy wiatr kręci ramieniem śmigła, czasze „łapią” wiatr obracają się po okręgu o znanym promieniu (2 razy π razy długość ramienia śmigła lub obwód) w znanym czasie, ponieważ obroty środkowego pręta są liczone. Całkowita odległość (obroty razy obwód) podzielona przez czas to prędkość wiatru.

Inne rodzaje anemometrów określają prędkość wiatru w bardziej skomplikowany sposób. ZAanemometr termoelektrycznywirewykorzystuje fakt, że gdy powietrze przepływa nad obiektem podgrzanym do temperatury wyższej niż powietrze, obiekt zostanie schłodzony, ponieważ ciepło jest usuwane przez konwekcję.

W anemometrze z gorącym drutem metalowy drut, który został podgrzany elektrycznie, jest wystawiony na działanie wiatru, podczas gdy moc jest zwiększana lub zmniejszana, aby utrzymać stałą temperaturę na końcówce drutu. Zatem im wyższa prędkość wiatru, tym więcej mocy jest potrzebne do utrzymania równowagi termicznej.

Pomiar ciśnienia powietrza – które samo mierzy przyrząd o nazwie abarometr– służy również do obliczania prędkości wiatru. Na przykład anemometr rurkowy mierzy ciśnienie powietrza wewnątrz szklanej rurki otwartej tylko z jednej strony. Prędkość wiatru można obliczyć na podstawie różnicy ciśnień między wnętrzem rury a jej otoczeniem.

• Jeśli chciałbyś spróbować swoich sił w tworzeniu własnego anemometru ze zwykłych przedmiotów, przykład, jak to zrobić, znajduje się w Zasobie.

W zawodach biegowych na międzynarodowych zawodach na świeżym powietrzu, gdzie biegacze poruszają się w jednym kierunku siatki, wiatr może pomóc (lub utrudnić) zawodnikom i zapewnić lepsze czasy. Z tego powodu podczas tych wydarzeń na przytoru umieszczany jest wiatromierz. Maksymalna dopuszczalna prędkość wiatru netto w kierunku biegaczy do ustanawiania nowych rekordów wynosi 2,0 m/s, więc jeśli wiatromierz wskazuje powyżej tej wartości w dowolnym momencie wyścigu, znak nie kwalifikuje się do rekordu cele.

Z poprzedniej sekcji wiesz, że prędkość wiatru w milach na godzinę (MPH) jest nieco ponad dwukrotnie większa od wartości w m/s. Tak więc wiatr o sile 5 mil na godzinę, który byłby uważany za dość skromny według codziennego standardu, jest wystarczający, aby dostarczyć wystarczającego impulsu, aby pozostawić ślad poza sferą "prawdziwych" ludzkich osiągnięć. Kiedy kończysz zaledwie o 0,01 sekundy szybciej niż ktokolwiek kiedykolwiek biegł w wyścigu trwającym mniej niż 10 sekund, każdy czynnik jest krytyczny. Teraz wyobraź sobie tor bez nowoczesnych urządzeń do pomiaru czasu, nie mówiąc już o anemometrach!