Mówiąc o wietrze, na myśl przychodzi wiele różnych obrazów. Wiatr przybiera różne formy, od łagodnej letniej bryzy latającej latawcem po rozdzierający dach huragan. Anemometr mierzy prędkość wiatru, ale jak prędkość wiatru przekłada się na siłę?
Siła, wiatr i ciśnienie
Siłę, ogólnie definiowaną jako pchanie lub ciągnięcie, można obliczyć za pomocą wzoru siła równa się masie razy przyspieszenie (F = ma). Wiatr również pcha i ciągnie, zazwyczaj z większą siłą, gdy porusza się szybciej. Ciśnienie to siła podzielona przez powierzchnię. Zasadniczo wiatr przykłada siłę do obszaru takiego jak ściana, dach lub osoba.
Pomiar wiatru
Anemometry mierzą wiatr. Chociaż istnieją różne rodzaje anemometrów, ten, który jest najczęściej używany, obraca się wraz z wiatrem. Szybkość zakrętów przekłada się na prędkość i ciśnienie wiatru. Ponieważ prędkość wiatru się zmienia, do obliczenia prędkości wiatru wykorzystywana jest średnia liczba obrotów w krótkim czasie. Prędkość wiatru najczęściej będzie podawana w milach na godzinę (mph), kilometrach na godzinę (kph) lub skali Beauforta, ale może być również podawana jako węzły, stopy na sekundę (f/s) lub metry na sekundę (m/s). ). Kilka programów online konwertuje prędkość wiatru z jednej jednostki na drugą.
Obliczanie siły na podstawie prędkości wiatru
Obliczenie siły wiatru wymaga masy powietrza i przyspieszenia wiatru. Średnia gęstość masy powietrza na poziomie morza wynosi około 1,229 kilogramów na metr sześcienny. Obszar, na który uderza wiatr, mierzony jest w tym przypadku w metrach kwadratowych. Masa powietrza uderzającego w powierzchnię równa się wtedy gęstości powietrza i powierzchni. Przyspieszenie (a) jest równe kwadratowi prędkości wiatru w metrach na sekundę (m/s).
Użyj wzoru siła (F) równa się masie (m) razy przyspieszenie (a), aby obliczyć siłę w niutonach (N). Jeden Newton to jeden kilogram-metr na sekundę do kwadratu (kg-m/s2).
Pamiętaj, aby użyć pasujących jednostek. W tym obliczeniu średnia gęstość powietrza na poziomie morza wynosi 1,229 kilogramów na metr sześcienny (kg/m3). Powierzchnia oddziaływania powietrza wynosi 1 metr kwadratowy. Aby obliczyć siłę wiatru o prędkości 5 mil na godzinę, najpierw przelicz prędkość wiatru na metry na sekundę. Korzystanie z konwertera online pokazuje, że 5 mph równa się 2,24 m/s.
Wypełnienie wzoru siła równa się masie powietrza (Am) razy prędkość wiatru do kwadratu:
F=A_m\timesd a^2
daje to obliczenie:
F = (1\text{ m}^2) \times (1,229\text{ kg/m}^3) \times (2,24\text{ m/s})^2=6,17\text{ N}
Ukończenie matematyki pokazuje, że F = 6,17 kg-m/s2 lub 6.17 N. Tak więc bryza o prędkości 5 mil na godzinę wystarczyłaby do podniesienia standardowego latawca.
