Когда речь идет о ветре, на ум приходит много разных образов. Ветер принимает разные формы: от мягкого летнего бриза, порывающего воздушные змеи, до урагана, разрывающего крышу. Анемометр измеряет скорость ветра, но как скорость ветра превращается в силу?
Сила, ветер и давление
Сила, обычно определяемая как толчок или тяга, может быть рассчитана по формуле: сила равна массе, умноженной на ускорение (F = ma). Ветер также толкает и тянет, как правило, с большей силой, когда движется быстрее. Давление равно силе, разделенной на площадь. По сути, ветер прикладывает силу к такой области, как стена, крыша или человек.
Измерение ветра
Анемометры измеряют ветер. Хотя существуют разные типы анемометров, тот, который чаще всего используется, поворачивается вместе с ветром. Скорость поворотов выражается в скорости ветра и давлении ветра. Поскольку скорость ветра колеблется, для расчета скорости ветра используется среднее количество поворотов за короткое время. Скорость ветра чаще всего указывается в милях в час (миль / ч), километрах в час (км / ч) или по шкале Бофорта, но она также может передаваться в виде узлов, футов в секунду (ф / с) или метров в секунду (м / с ). Несколько онлайн-программ преобразуют скорость ветра из одной единицы в другую.
Расчет силы на основе скорости ветра
Для расчета силы ветра требуется масса воздуха и ускорение ветра. Средняя плотность массы воздуха на уровне моря составляет примерно 1,229 килограмма на кубический метр. В данном случае площадь, на которую попадает ветер, измеряется в квадратных метрах. Тогда масса воздуха, ударяющегося о поверхность, равна плотности воздуха, умноженной на площадь. Ускорение (а) равно квадрату скорости ветра в метрах в секунду (м / с).
Используйте формулу, по которой сила (F) равна массе (м), умноженной на ускорение (а), чтобы вычислить силу в Ньютонах (Н). Один Ньютон равен одному килограмм-метру на секунду в квадрате (кг-м / с2).
Обязательно используйте подходящие блоки. В этом расчете средняя плотность воздуха на уровне моря составляет 1,229 килограмма на кубический метр (кг / м3). Площадь воздействия воздуха составляет 1 квадратный метр. Чтобы рассчитать силу ветра со скоростью 5 миль в час, сначала преобразуйте скорость ветра в метры в секунду. Использование онлайн-конвертера показывает, что 5 миль в час равны 2,24 м / с.
Заполнение формулы: сила равна воздушной массе (Aм) умножить на квадрат скорости ветра:
F = A_m \ timesd a ^ 2
дает такой расчет:
F = (1 \ text {m} ^ 2) \ times (1.229 \ text {кг / м} ^ 3) \ times (2.24 \ text {m / s}) ^ 2 = 6.17 \ text {N}
Завершение математических расчетов показывает, что F = 6,17 кг-м / с.2 или 6,17 Н. Таким образом, ветер со скоростью 5 миль в час будет иметь достаточно силы, чтобы поднять стандартный воздушный змей.