Como funciona um anemômetro?

Embora seja uma palavra estranha,anemômetrorefere-se a um instrumento simples, mas surpreendentemente versátil, encontrado nas estações meteorológicas mais básicas em todo o mundo. A tradução do grego é direta: "anem-" sendo a raiz de "vento" e "metro" significando (em termos gerais, não como uma quantidade) "medida".

Quando você pensa na palavra "clima" em si, a menos que você viva no espaço sideral, uma das primeiras palavras ou imagens sensoriais que vem à mente é quase certovento,um fenômeno que pode causar danos catastróficos, mas continua sendo uma parte importante da vida de quase todos experiência de vida, se resmas de poesia e literatura explorando o alcance do fenômeno devem ser confiável.

Por razões de segurança, planejamento recreativo e pura curiosidade, saber a velocidade do tempo a qualquer momento - ou pelo menos a direção em que está soprando se por algum motivo você não pode sair para detectar isso com seus próprios sentidos - na sua área, ou em um local para onde pretende viajar em breve, é uma informação útil na verdade. Muitos tipos diferentes de anemômetro estão disponíveis para essa finalidade, alguns deles utilizando métodos especialmente inteligentes para medir indiretamente a velocidade do vento.

Uma criança contou que a Terra gira a 1.600 quilômetros por hora em seu equador e a cerca de 1.300 quilômetros por hora a 40 graus de latitude (cerca de onde a maioria da população dos EUA está centrada), pode assumir que o vento vem do simples movimento de um objeto em algo aparentemente impossível velocidades. Embora isso faça sentido intuitivamente, a imagem real é muito mais complexa, mas também oferece valiosos pontos de ensino sobre fenômenos meteorológicos relacionados ao vento, mas independentemente dele.

O sol é a fonte final de energia para muitos processos na Terra, e o vento não é exceção. O vento resulta principalmente de diferentes partes da superfície da Terra absorvendo diferentes quantidades de calor do sol. Esta energia é expressa como vento através deconvecção,a transferência de calor por meio do movimento em um fluido. O ar mais quente tende a subir enquanto o ar mais frio afunda, configurando trocas de ar em rotação contínua entre regiões adjacentes de ar com temperaturas diferentes.

O vento circula ao redor do globo em "riachos" bem conhecidos que são como famosos rios de ar: jatos, ventos alísios, jatos polares. Os ventos são categorizados com base em suas fontes específicas de origem comoventos geostróficos, ventos térmicosouventos gradientes​.

O ar tem massa, então é possível calcular a energia cinética do ar em movimento como qualquer outro objeto. A equação paraenergia cinéticaé KE = (1/2) mv² Ondev= velocidade. (A velocidade do vento raramente é constante por muito tempo, então a velocidade do vento é geralmente calculada em curtos períodos de tempo para gerar dados significativos.)

A massa de um determinado volume de ar é sua densidade vezes seu volume, ou ρV. Mas com ventopotência,ou energia por unidade de tempo, a variável de interesse é "fluxo de massa do vento", ou quanto ar flui através da área transversal A da turbina (geralmente um círculo). Oequação para energia eólicaacaba por ser

o que significa que a potência aumenta com o cubo da velocidade do vento. Isso significa que um vento de 30 MPH fornece 10³ = ​mil vezestanta potência quanto um vento de 10 MPH!

• Quanto às unidades de anemômetro, a velocidade do vento é geralmente em milhas por hora (mi / hr, ou na linguagem cotidiana, MPH) ou quilômetros por hora, embora as unidades SI sejam metros por segundo (m / s). Se você estiver interessado em fazer uma conversão rápida de MPH para m / s, divida por cerca de dois e um quarto:

Você já sabe o que "é" um anemômetro. Mas no nível granular, que tipo de dispositivo as pessoas medem a velocidade do vento?

• ​Copos e hélices:Este é o tipo de anemômetro mais usado e fácil de fazer. Podem ocorrer problemas com ventos de baixa velocidade e chuva congelante.
• ​Tubo de Pitot:Eles são usados ​​em aeronaves e em "túneis de vento" em laboratórios.
• ​Arraste cilindro ou esfera:Estes não são comuns, mas vale a pena mencionar.
• ​Anemômetro de dissipação:Estas são versões especialmente robustas.
• ​Anemômetro de velocidade do som:Eles são caros e não são para uso doméstico, mas são rápidos e confiáveis.
  

Às vezes, a direção do vento é a principal preocupação, com a velocidade menos importante. Com isso em mente, os aeroportos têm meias de vento que dizem muito sobre o tempo que vai ocorrer. Por exemplo, um vento de noroeste (um vento de NW) geralmente significa um clima mais frio e seco, enquanto um vento de SE geralmente traz um ar mais quente e úmido.

Ocopo e héliceO estilo de anemômetro é, como observado, o tipo mais comum; fortuitamente, seu funcionamento é fácil de explicar. À medida que o vento gira o braço da hélice, os copos "pegando" o vento giram em um círculo de raio conhecido (2 vezes π vezes o comprimento do braço da hélice, ou a circunferência) em um tempo conhecido, pois os giros da haste central são contado. A distância total (rotações vezes circunferência) dividida pelo tempo é a velocidade do vento.

Outros tipos de anemômetros determinam a velocidade do vento de maneiras mais complexas. UMAanemômetro de fio quenteusa o fato de que quando o ar flui sobre um objeto aquecido a uma temperatura mais alta que a do ar, o objeto será resfriado à medida que o calor é removido por convecção.

Em um anemômetro de fio quente, um fio de metal que foi aquecido eletricamente é exposto ao vento, enquanto a potência é aumentada ou diminuída para manter constante a temperatura na ponta do fio. Portanto, quanto maior a velocidade do vento, mais potência é necessária para manter o equilíbrio térmico.

Medir a pressão do ar - que por si só é medida por um instrumento chamadobarômetro- também pode ser usado para calcular a velocidade do vento. Um anemômetro de tubo, por exemplo, mede a pressão do ar dentro de um tubo de vidro que é aberto apenas em uma das extremidades. A velocidade do vento pode ser calculada a partir da diferença de pressão entre o interior do tubo e o exterior.

• Se você gostaria de tentar fazer seu próprio anemômetro a partir de itens comuns, um exemplo de como fazer é fornecido nos Recursos.

Em eventos de corrida em competições internacionais de pista, onde os corredores se movem em uma direção da rede, o vento pode ajudar (ou atrapalhar) os competidores e produzir tempos superiores. Por esse motivo, um anemômetro é colocado ao lado da pista durante esses eventos. A velocidade líquida do vento máxima permitida na direção dos corredores para o estabelecimento de novos recordes é de 2,0 m / s, então, se o medidor de vento ler acima deste valor a qualquer momento durante a corrida, a marca não é elegível para registro finalidades.

De uma seção anterior, você sabe que a velocidade do vento em milhas por hora (MPH) é um pouco mais que o dobro de seu valor em m / s. Assim, um vento de 5 MPH, que seria considerado bastante modesto pelos padrões diários, é suficiente para fornecer impulso suficiente para deixar uma marca fora do reino da "verdadeira" realização humana. Ao terminar apenas 0,01 segundo mais rápido do que qualquer um já correu antes em uma corrida que dura menos de 10 segundos, todos os fatores são críticos. Agora imagine uma pista sem equipamentos modernos de cronometragem, muito menos anemômetros!