Hur fungerar en vindmätare?

Även om något av ett besvärligt ord,vindmätarerefererar till ett enkelt men överraskande mångsidigt instrument, ett som finns i de mest grundläggande väderstationerna världen över. Översättningen från grekiska är okomplicerad: "anem-" är roten till "vind" och "meter" som betyder (i allmänna termer, inte som en mängd) "mått".

När du tänker på själva ordet "väder", såvida du inte bor i yttre rymden, är ett av de första orden eller sensoriska bilder som kommer att tänka nästan säkertvind,ett fenomen som kan orsaka katastrofala skador men ändå förblir en omhuldad del av nästan allas livserfarenhet, om rynkor av poesi och litteratur som utforskar fenomenets räckvidd ska vara betrodd.

Av säkerhetsskäl, rekreationsplanering och vanlig nyfikenhet, att känna till väderets hastighet när som helst - eller åtminstone i vilken riktning det blåser om du av någon anledning inte kan komma ut för att upptäcka detta med dina egna sinnen - i ditt område, eller på en plats du tänker resa till snart, är användbar information verkligen. Många olika typer av vindmätare är tillgängliga för detta ändamål, varav vissa förlitar sig på särskilt smarta metoder för att indirekt mäta vindhastigheten.

Ett litet barn berättade att jorden snurrar runt 1000 miles i timmen vid dess ekvatorn och cirka 800 miles i timmen vid 40 grader latitud (ca där de flesta av den amerikanska befolkningen är centrerad), kan anta att vind kommer från den enkla piskningen av ett objekt till synes omöjligt hastigheter. Även om detta är intuitivt meningsfullt, är den verkliga bilden mycket mer komplex men erbjuder också värdefulla läromedel om väderfenomen relaterade till, men oberoende av själva vinden.

Solen är den ultimata energikällan för många processer på jorden, och vind är inget undantag. Vinden härrör främst från olika delar av jordens yta som absorberar olika mängder värme från solen. Denna energi uttrycks som vind genomkonvektion,överföring av värme via rörelse i en vätska. Varmare luft tenderar att stiga medan svalare luft sjunker och skapar kontinuerligt roterande luftutbyten mellan angränsande luftregioner med olika temperaturer.

Vind cirkulerar runt om i världen i välkända "strömmar" som liknar kända luftfloder: jetströmmar, passatvindar, polära strålar. Vindar kategoriseras baserat på deras specifika ursprungskällor somgeostrofiska vindar, termiska vindarellerlutningsvindar​.

Luft har massa, så det är möjligt att beräkna rörelsens kinetiska energi precis som alla andra föremål. Ekvationen förrörelseenergiär KE = (1/2) mv² varv= hastighet. (Vindhastigheten är sällan konstant under lång tid, så vindhastigheten är vanligtvis genomsnittlig över korta tidsperioder för att generera meningsfull data.)

Massan av en viss volym luft är densiteten gånger dess volym, eller ρV. Men med vindkraft,eller energi per tidsenhet, är variabeln av intresse "vindmassaflöde", eller hur mycket luft som flyter över tvärsnittsområdet A för turbinen (ofta en cirkel). Deekvation för vindkraftvisar sig att vara

vilket innebär att kraften ökar med vindhastighetens kub. Det betyder att en vind på 30 MPH ger 10³ = ​tusen gångerlika mycket kraft som en vind på 10 MPH!

• När det gäller vindmätarenheter är vindhastigheten vanligtvis i miles per timme (mi / hr, eller i vardagsspråk, MPH) eller kilometer per timme, även om SI-enheter skulle vara meter per sekund (m / s). Om du är intresserad av att göra en snabb konvertering från MPH till m / s, dela med cirka två och en fjärdedel:

Du vet redan vad en anemometer är "." Men på granulär nivå, vilken typ av enheter mäter människor vindhastigheten?

• ​Koppar och propellrar:Detta är den mest använda typen av vindmätare och lätt att göra. Problem kan uppstå vid låga vindhastigheter och med frysregn.
• ​Pitotrör:Dessa används på flygplan och i "vindtunnlar" i laboratorier.
• ​Dra cylinder eller sfär:Dessa är inte vanliga, men nämner björnen.
• ​Dissipationsanemometer:Dessa är särskilt robusta versioner.
• ​Anemometer för ljudhastighet:Dessa är dyra och inte för hushållsbruk, men är snabba och pålitliga.
  

Ibland är vindriktningen det främsta problemet, med hastighet mindre viktigt. Med detta i åtanke har flygplatser vindstrumpor som berättar mycket om vädret som snart kommer att inträffa. Till exempel betyder en vind nordväst (en NV-vind) vanligtvis kallare, torrare väder, medan en SE-vind ofta ger varmare, fuktigare luft.

Dekopp-och-propellerAnemometerstil är, som nämnts, den vanligaste typen; utan tvekan är dess funktion lätt att förklara. När vinden snurrar på propellerns arm, snurrar kopparna vinden genom en cirkel med känd radie (2 gånger π gånger längden på propellerarmen, eller omkretsen) under en känd tid, eftersom centrifugens snurr är räknas. Totalt avstånd (varv gånger omkrets) dividerat med tid är vindhastighet.

Andra typer av vindmätare bestämmer vindhastigheten på mer involverade sätt. Avarm tråd anemometeranvänder det faktum att när luft strömmar över ett föremål som värms upp till en temperatur som är varmare än luften, kommer objektet att kylas när värmen avlägsnas via konvektion.

I en varm trådanemometer exponeras en metalltråd som har värms upp elektriskt för vinden, medan effekten ökar eller minskas för att hålla temperaturen vid trådspetsen konstant. Ju högre vindhastighet, desto mer kraft som behövs för att upprätthålla termisk jämvikt.

Mätning av lufttryck - som i sig mäts av ett instrument som kallas abarometer- kan också användas för att beräkna vindhastighet. En röranemometer mäter till exempel lufttrycket inuti ett glasrör som bara är öppet i ena änden. Vindhastigheten kan beräknas från skillnaden i tryck mellan rörets insida och utsidan.

• Om du vill prova på att skapa din egen vindmätare från vanliga föremål finns ett exempel på hur du gör det i resurserna.

I löpande evenemang i internationella bantävlingar utomhus, där löpare rör sig i en nätriktning, kan vinden hjälpa (eller hindra) konkurrenter och producera överlägsna tider. Av denna anledning placeras en vindmätare vid banan under dessa händelser. Den högsta tillåtna nettovindhastigheten i löparnas riktning för att sätta nya rekord är 2,0 m / s, så om vindmätaren läser över detta värde när som helst under loppet, är märket inte berättigat till rekord syften.

Från ett tidigare avsnitt vet du att vindhastigheten i miles per timme (MPH) är lite mer än dubbelt så mycket som dess värde i m / s. Således är en vind på 5 MPH, som skulle anses vara ganska blygsam av vardaglig standard, tillräcklig för att ge tillräckligt med en boost för att göra ett märke utanför "sann" mänsklig prestation. När du bara klarar 0,01 sekunder snabbare än någon någonsin har kört tidigare i ett lopp som varar mindre än 10 sekunder är varje faktor avgörande. Föreställ dig nu spår utan modern tidsutrustning, än mindre vindmätare!