Ako funguje anemometer?

Aj keď niečo trápne slovo,anemometeroznačuje jednoduchý, ale prekvapivo všestranný prístroj, ktorý sa nachádza v najzákladnejších meteorologických staniciach po celom svete. Preklad z gréčtiny je priamy: „anem-“ je koreňom „vetra“ a „meter“ znamená (všeobecne, nie ako veličina) „mieru“.

Keď myslíte na samotné slovo „počasie“, pokiaľ nežijete vo vesmíre, jedno z prvých slov alebo zmyslových obrazov, ktoré vám napadne, je takmer určitevietor,fenomén, ktorý môže spôsobiť katastrofické škody, zostáva stále váženou súčasťou takmer každého človeka životné skúsenosti, ak majú byť zásoby poézie a literatúry skúmajúce dosah tohto javu dôveryhodný.

Z bezpečnostných dôvodov, rekreačného plánovania a zvedavosti je poznať rýchlosť počasia kedykoľvek - alebo aspoň smer, ktorým fúka. ak sa z nejakého dôvodu nemôžete dostať von, aby ste to zistili vlastnými zmyslami - vo vašej oblasti alebo na mieste, kam chcete čoskoro vycestovať, je užitočná informácia naozaj. Na tento účel je k dispozícii mnoho rôznych typov anemometrov, z ktorých niektoré sa spoliehajú na obzvlášť chytré metódy nepriameho merania rýchlosti vetra.

Malé dieťa povedalo, že Zem sa točí okolo 1 000 míľ za hodinu na svojom rovníku a asi 800 míľ za hodinu pri 40 stupňoch zemepisnej šírky (asi kde je sústredená väčšina obyvateľov USA), by sa dalo predpokladať, že vietor pochádza z jednoduchého bičovania okolo objektu pri zdanlivo nemožnom rýchlosti. Aj keď to dáva intuitívne zmysel, skutočný obraz je omnoho zložitejší, ale ponúka aj cenné výučbové body o javoch počasia súvisiacich so samotným vetrom, ale nezávislých od neho.

Slnko je hlavným zdrojom energie pre veľa procesov na Zemi a vietor nie je výnimkou. Vietor je výsledkom hlavne z rôznych častí zemského povrchu absorbujúcich rôzne množstvo tepla zo slnka. Táto energia je vyjadrená ako vietorkonvekcia,prenos tepla pohybom v tekutine. Horúci vzduch má tendenciu stúpať, zatiaľ čo chladnejší klesá, čím sa nastavujú neustále sa otáčajúce výmeny vzduchu medzi susednými oblasťami vzduchu s rôznymi teplotami.

Vietor cirkuluje po celej zemeguli v známych „prúdoch“, ktoré sú ako známe rieky vzduchu: prúdové prúdy, pasáty, polárne trysky. Vetry sú kategorizované na základe ich konkrétnych zdrojov pôvodu akogeostrofické vetry, tepelné vetryalebospádové vetry​.

Vzduch má hmotnosť, takže je možné vypočítať kinetickú energiu pohybujúceho sa vzduchu rovnako ako akýkoľvek iný objekt. Rovnica preKinetická energiaje KE = (1/2) mv² kdev= rýchlosť. (Rýchlosť vetra je zriedka dlho konštantná, takže rýchlosť vetra sa zvyčajne za účelom generovania zmysluplných údajov spriemeruje za krátke časové obdobia.)

Hmotnosť daného objemu vzduchu je jeho hustota krát jeho objem alebo ρV. Ale s vetrommoc,alebo energia za jednotku času, zaujímavou premennou je „hmotnostný tok vetra“ alebo koľko vzduchu prúdi cez prierezovú plochu A turbíny (často kruh). Therovnica pre veternú energiusa ukáže byť

čo znamená, že výkon rastie s kockou rýchlosti vetra. To znamená, že vietor 30 MPH poskytuje 10³ = ​tisíckráttoľko sily ako vietor 10 MPH!

• Pokiaľ ide o jednotky anemometra, rýchlosť vetra je zvyčajne v míľach za hodinu (mi / h alebo v každodennom jazyku MPH) alebo kilometroch za hodinu, aj keď jednotky SI by boli metre za sekundu (m / s). Ak máte záujem o rýchlu konverziu z MPH na m / s, vydelte asi dvoma a štvrť:

Čo je to anemometer, už viete. Ale na podrobnej úrovni, aké zariadenia ľudia merajú rýchlosť vetra?

• ​Poháre a vrtule:Toto je najbežnejšie používaný typ anemometra a je ľahko vyrobiteľný. Problémy môžu nastať pri nízkej rýchlosti vetra a pri mrznúcom daždi.
• ​Pitotova trubica:Používajú sa v lietadlách a v „aerodynamických tuneloch“ v laboratóriách.
• ​Presuňte valec alebo guľu:Nie sú bežné, ale treba ich spomenúť.
• ​Anemometer straty:Ide najmä o odolné verzie.
• ​Anemometer rýchlosti zvuku:Sú drahé a nie na použitie v domácnosti, ale sú rýchle a spoľahlivé.
  

Niekedy je hlavným záujmom smer vetra, rýchlosť je menej dôležitá. Z tohto dôvodu majú letiská ponožky proti vetru, ktoré veľa informujú o počasí, ktoré sa čoskoro stane. Napríklad vietor zo severozápadu (severozápadný vietor) zvyčajne znamená chladnejšie a suchšie počasie, zatiaľ čo severovýchodný vietor často prináša teplejší a vlhkejší vzduch.

Thepohár a vrtuľaštýl anemometra je, ako už bolo uvedené, najbežnejším typom; jeho činnosť je našťastie ľahko vysvetliteľná. Keď vietor roztáča rameno vrtule, poháre „zachytávajúce“ vietor sa otáčajú kruhom so známym polomerom (2 krát π krát dĺžka ramena vrtule alebo obvod) v známom čase, pretože otáčky stredovej tyče sú spočítané. Celková vzdialenosť (otáčky krát obvod) vydelená časom je rýchlosť vetra.

Iné druhy anemometrov určujú rýchlosť vetra omnoho zapojenejšími spôsobmi. Aanemometer s horúcim drôtomvyužíva skutočnosť, že keď vzduch prúdi cez objekt ohriaty na teplotu vyššiu ako je vzduch, bude objekt ochladzovaný, keď sa teplo odvádza konvekciou.

V anemometri s horúcim drôtom je kovový drôt, ktorý bol elektricky ohrievaný, vystavený vetru, zatiaľ čo sa zvyšuje alebo znižuje výkon, aby sa udržala konštantná teplota na konci drôtu. Čím vyššia je rýchlosť vetra, tým viac energie je potrebných na udržanie tepelnej rovnováhy.

Meranie tlaku vzduchu - ktoré sa samo meria prístrojom zvaným abarometer- možno tiež použiť na výpočet rýchlosti vetra. Trubicový anemometer napríklad meria tlak vzduchu v sklenenej trubici, ktorá je otvorená iba na jednom konci. Rýchlosť vetra sa dá vypočítať z rozdielu tlaku medzi vnútornou časťou rúry a vonkajšou časťou.

• Ak si chcete vyskúšať vyrobiť vlastný anemometer z bežných predmetov, ukážka toho, ako to urobiť, je uvedená v dokumente Zdroje.

Na bežeckých podujatiach vo vonkajších medzinárodných dráhových súťažiach, kde sa bežci pohybujú jedným smerom siete, môže vietor pomôcť (alebo prekážať) konkurentom a produkovať lepšie časy. Z tohto dôvodu je počas týchto udalostí pri trati umiestnený anemometer. Maximálna povolená čistá rýchlosť vetra v smere bežcov pre nastavenie nových rekordov je 2,0 m / s, takže ak ukazovateľ vetra bude kedykoľvek počas preteku čítať nad touto hodnotou, značka nie je spôsobilá na záznam účely.

Z predchádzajúcej časti viete, že rýchlosť vetra v míľach za hodinu (MPH) je o niečo viac ako dvojnásobná oproti hodnote v m / s. Teda vietor s rýchlosťou 5 MPH, ktorý by sa podľa každodenných štandardov považoval za dosť skromný, je dostatočný na to, aby poskytol dostatočnú podporu na to, aby sa stala známkou mimo oblasť „skutočného“ ľudského úspechu. Keď v pretekoch trvajúcich menej ako 10 sekúnd dobehnete o 0,01 sekundy rýchlejšie, ako ktokoľvek predtým, zatiaľ sú všetky faktory kritické. Teraz si predstavte trať bez moderného časovacieho zariadenia, nehovoriac o anemometroch!