Cum funcționează un anemometru?

Deși este un cuvânt incomod,anemometruse referă la un instrument simplu, dar surprinzător de versatil, unul găsit în cele mai de bază stații meteorologice din întreaga lume. Traducerea din greacă este simplă: „anem-” fiind rădăcina „vântului” și „metru” care înseamnă (în termeni generali, nu ca cantitate) „măsură”.

Când te gândești la cuvântul „vreme” în sine, cu excepția cazului în care trăiești în spațiul cosmic, unul dintre primele cuvinte sau imagini senzoriale care îți vin în minte este aproape sigurvânt,un fenomen care poate provoca daune catastrofale rămâne totuși o parte prețuită a aproape tuturor experiență de viață, dacă ar trebui să existe raze de poezie și literatură care explorează întinderea fenomenului de încredere.

Din motive de siguranță, planificare recreativă și curiozitate simplă, cunoașterea vitezei vremii în orice moment - sau cel puțin direcția în care suflă dacă dintr-un anumit motiv nu puteți ieși afară pentru a detecta acest lucru cu propriile simțuri - în zona dvs. sau într-un loc în care intenționați să călătoriți în curând, sunt informații utile într-adevăr. Multe tipuri diferite de anemometre sunt disponibile în acest scop, unele dintre ele bazându-se pe metode mai inteligente pentru a măsura indirect viteza vântului.

Un copil mic a spus că Pământul se învârte în jurul valorii de 1000 mile pe oră la ecuator și de aproximativ 800 mile pe oră la 40 de grade latitudine (aproximativ unde cea mai mare parte a populației SUA este centrată), ar putea presupune că vântul provine din simpla lovire a unui obiect la un aspect aparent imposibil viteze. În timp ce acest lucru are un sens intuitiv, imaginea reală este mult mai complexă, dar oferă și puncte didactice valoroase despre fenomenele meteorologice legate de, dar independent de, vântul însuși.

Soarele este sursa supremă de energie pentru multe procese de pe Pământ, iar vântul nu face excepție. Vântul rezultă în principal din diferite părți ale suprafeței Pământului absorbind cantități diferite de căldură de la soare. Această energie este exprimată ca vânt princonvecție,transferul căldurii prin mișcare într-un fluid. Aerul mai cald tinde să crească în timp ce aerul mai rece se scufundă, stabilind schimburi de aer rotative continuu între regiunile de aer adiacente cu temperaturi diferite.

Vântul circulă pe tot globul în „cursuri” bine cunoscute, care sunt ca râurile de aer celebre: jeturi, vânturi alice, jeturi polare. Vânturile sunt clasificate pe baza surselor lor specifice de origine ca fiindvânturi geostrofice, vânturi termicesauvânturi degrade​.

Aerul are masă, deci este posibil să se calculeze energia cinetică a aerului în mișcare la fel ca orice alt obiect. Ecuația pentruenergie kineticăeste KE = (1/2) mv² Undev= viteza. (Viteza vântului este rareori constantă pentru o perioadă lungă de timp, astfel încât viteza vântului este de obicei medie pe perioade scurte de timp pentru a genera date semnificative.)

Masa unui anumit volum de aer este densitatea sa de volumul său sau ρV. Dar cu vântputere,sau energie pe unitate de timp, variabila de interes este "fluxul de masă al vântului" sau cât de mult aer curge în secțiunea transversală A a turbinei (adesea un cerc).ecuație pentru energia eolianăse dovedește a fi

ceea ce înseamnă că puterea crește odată cu cubul vitezei vântului. Asta înseamnă că un vânt de 30 MPH oferă 10³ = ​de o mie de orila fel de multă putere ca un vânt de 10 MPH!

• În ceea ce privește unitățile anemometrice, viteza vântului este de obicei în mile pe oră (mi / oră sau în limbajul zilnic, MPH) sau în kilometri pe oră, deși unitățile SI ar fi metri pe secundă (m / s). Dacă sunteți interesat să faceți o conversie rapidă de la MPH la m / s, împărțiți la aproximativ două și un sfert:

Știți deja ce „este” un anemometru. Dar la nivel granular, ce fel de dispozitive măsoară oamenii viteza vântului?

• ​Cupe și elice:Acesta este cel mai utilizat tip de anemometru și ușor de realizat. Problemele pot apărea la viteze reduse ale vântului și la ploaia înghețată.
• ​Tub Pitot:Acestea sunt utilizate pe avioane și în „tuneluri de vânt” din laboratoare.
• ​Trageți cilindrul sau sfera:Acestea nu sunt comune, dar trebuie menționate.
• ​Anemometru de disipare:Acestea sunt în special versiuni robuste.
• ​Anemometru de viteză a sunetului:Acestea sunt scumpe și nu pentru uz casnic, dar sunt rapide și fiabile.
  

Uneori, direcția vântului este principala preocupare, viteza fiind mai puțin importantă. Având în vedere acest lucru, aeroporturile au șosete de vânt care spun multe despre vremea care va apărea în curând. De exemplu, un vânt din nord-vest (un vânt NW) înseamnă de obicei vreme mai răcoroasă și mai uscată, în timp ce un vânt SE aduce adesea aer mai cald și mai umed.

cupă și elicestilul de anemometru este, după cum sa menționat, cel mai frecvent tip; din întâmplare, funcționarea sa este ușor de explicat. Pe măsură ce vântul învârte brațul elicei în jur, cupele „prindând” vântul se rotesc printr-un cerc de rază cunoscută (2 ori π ori lungimea brațului elicei sau circumferința) într-un timp cunoscut, deoarece rotirile tijei centrale sunt numărat. Distanța totală (rotații ori circumferința) împărțită la timp este viteza vântului.

Alte tipuri de anemometre determină viteza vântului în moduri mai implicate. Aanemometru cu fir fierbintefolosește faptul că atunci când aerul curge peste un obiect încălzit la o temperatură mai caldă decât aerul, obiectul va fi răcit pe măsură ce căldura este îndepărtată prin convecție.

Într-un anemometru cu fir fierbinte, un fir metalic care a fost încălzit electric este expus la vânt, în timp ce puterea crește sau scade pentru a menține temperatura la vârful firului constantă. Astfel, cu cât viteza vântului este mai mare, cu atât este nevoie de mai multă putere pentru a menține echilibrul termic.

Măsurarea presiunii aerului - care în sine este măsurată de un instrument numit abarometru- poate fi, de asemenea, utilizat pentru a calcula viteza vântului. Un anemometru cu tub, de exemplu, măsoară presiunea aerului în interiorul unui tub de sticlă care este deschis doar la un capăt. Viteza vântului poate fi calculată din diferența de presiune dintre interiorul tubului și exterior.

• Dacă doriți să vă încercați să creați propriul anemometru din obiecte obișnuite, un exemplu despre cum să faceți este furnizat în Resurse.

În probele de alergare în competiții internaționale de pistă în aer liber, unde alergătorii se deplasează într-o singură direcție netă, vântul poate ajuta (sau împiedica) concurenții și produce timpi superiori. Din acest motiv, un anemometru este plasat la marginea pistei în timpul acestor evenimente. Viteza netă maximă admisă a vântului în direcția alergătorilor pentru stabilirea noilor recorduri este de 2,0 m / s, deci, dacă indicatorul vântului citește peste această valoare în orice moment din cursă, marca nu este eligibilă pentru înregistrare scopuri.

Dintr-o secțiune anterioară, știți că viteza vântului în mile pe oră (MPH) este puțin mai mult decât dublul valorii sale în m / s. Astfel, un vânt de 5 MPH, care ar fi considerat destul de modest de standardele zilnice, este suficient pentru a oferi suficient impuls pentru a da un semn în afara tărâmului realizării umane „adevărate”. Când terminați cu doar 0,01 secunde mai repede decât oricine a alergat vreodată într-o cursă care durează mai puțin de 10 secunde, fiecare factor este critic. Acum imaginați-vă pista fără echipamente moderne de sincronizare, să nu mai vorbim de anemometre!