När vi pratar om vind kan många olika bilder komma att tänka på. Vinden tar många former, från en mild drakeflygande sommarbris till en rivande orkan. En vindmätare mäter vindhastigheten, men hur översätts vindens hastighet till kraft?
Kraft, vind och tryck
Kraft, allmänt definierad som en push eller pull, kan beräknas med hjälp av formeln kraft lika med mass gånger acceleration (F = ma). Vind trycker och drar också, i allmänhet med större kraft när man rör sig snabbare. Tryck är lika med kraft dividerat med område. I huvudsak tillämpar vinden kraft mot ett område som en vägg, ett tak eller en person.
Mäta vind
Vindmätare mäter vind. Även om det finns olika typer av vindmätare, vänder den som oftast används med vinden. Varvtalet översätts till vindhastighet och vindtryck. Eftersom vindhastigheten fluktuerar används ett genomsnittligt antal varv över en kort tid för att beräkna vindhastigheten. Vindhastighet rapporteras oftast i miles per timme (mph), kilometer per timme (km / h) eller Beaufort-skala, men det kan också rapporteras som knop, fot per sekund (f / s) eller meter per sekund (m / s ). Flera online-program omvandlar vindhastighet från en enhet till en annan.
Beräkning av kraft baserat på vindhastighet
För att beräkna vindkraften krävs luftmassa och vindacceleration. Medeltätheten av en luftmassa vid havsnivå är ungefär 1,229 kg per kubikmeter. Det område som vinden träffar mäts i detta fall i kvadratmeter. Massan av luft som träffar en yta är lika med lufttäthet gånger area. Acceleration (a) är lika med kvadratet för vindhastigheten i meter per sekund (m / s).
Använd formelkraften (F) lika med massan (m) gånger accelerationen (a) för att beräkna kraften i Newton (N). En Newton motsvarar ett kilogram-meter per sekund i kvadrat (kg-m / s2).
Var noga med att använda matchande enheter. I denna beräkning är den genomsnittliga lufttätheten vid havsnivå lika med 1.229 kg per kubikmeter (kg / m3). Området med luftpåverkan är lika med 1 kvadratmeter. För att beräkna kraften hos en vind på 5 mil per timme, konvertera först vindhastigheten till meter per sekund. Att använda en online-omvandlare visar att 5 mph är lika med 2,24 m / s.
Att fylla i formelkraften är lika med luftmassa (A.m) gånger vindhastighet i kvadrat:
F = A_m \ timesd a ^ 2
ger denna beräkning:
F = (1 \ text {m} ^ 2) \ gånger (1,229 \ text {kg / m} ^ 3) \ gånger (2,24 \ text {m / s}) ^ 2 = 6,17 \ text {N}
Att slutföra matematiken visar att F = 6,17 kg-m / s2 eller 6,17 N. Så, en vind på 5 mil i timmen skulle ha tillräckligt med kraft för att lyfta en vanlig drake.