เครื่องวัดความเร็วลมทำงานอย่างไร?

แม้ว่าจะเป็นคำที่หยาบคายเครื่องวัดความเร็วลมหมายถึงเครื่องมือที่เรียบง่ายแต่ใช้งานได้หลากหลายอย่างน่าประหลาดใจ ซึ่งพบได้ในสถานีตรวจอากาศพื้นฐานที่สุดทั่วโลก การแปลจากภาษากรีกนั้นตรงไปตรงมา: "anem-" เป็นรากของ "ลม" และ "เมตร" หมายถึง "การวัด" (โดยทั่วไปไม่ใช่เชิงปริมาณ)

เมื่อนึกถึงคำว่า "อากาศ" เอง นอกเสียจากว่าจะอยู่นอกโลก คำแรกหรือภาพทางประสาทสัมผัสที่แวบเข้ามาในหัวก็เกือบแน่นอนลม,ปรากฏการณ์ที่สามารถสร้างความเสียหายร้ายแรง แต่ยังคงเป็นส่วนหวงแหนของเกือบทุกคน ประสบการณ์ชีวิต หากกวีนิพนธ์และวรรณกรรมสำรวจขอบเขตของปรากฏการณ์เป็น are ที่เชื่อถือ.

ด้วยเหตุผลด้านความปลอดภัย การวางแผนนันทนาการ และความอยากรู้อยากเห็น รู้ความเร็วของสภาพอากาศได้ตลอดเวลา – หรืออย่างน้อยก็ทิศทางที่ลมพัด ถ้าด้วยเหตุผลบางอย่างคุณไม่สามารถออกไปข้างนอกเพื่อตรวจจับสิ่งนี้ด้วยประสาทสัมผัสของคุณเอง – ในพื้นที่ของคุณหรือในจุดที่คุณตั้งใจจะเดินทางไปเร็ว ๆ นี้เป็นข้อมูลที่เป็นประโยชน์ แน่นอน เครื่องวัดความเร็วลมมีหลายประเภทสำหรับจุดประสงค์นี้ โดยบางประเภทใช้วิธีการที่ชาญฉลาดเป็นพิเศษในการวัดความเร็วลมโดยอ้อม

เด็กคนหนึ่งบอกว่าโลกหมุนรอบ 1,000 ไมล์ต่อชั่วโมงที่เส้นศูนย์สูตร และประมาณ 800 ไมล์ต่อชั่วโมงที่ละติจูด 40 องศา (ประมาณ โดยที่ประชากรส่วนใหญ่ของสหรัฐฯ มีศูนย์กลาง) อาจสันนิษฐานได้ว่าลมมาจากการเหวี่ยงไปมาอย่างง่ายๆ ของวัตถุที่ดูเหมือนเป็นไปไม่ได้ ความเร็ว แม้ว่าสิ่งนี้จะสมเหตุสมผลโดยสัญชาตญาณ แต่ภาพจริงนั้นซับซ้อนกว่ามาก แต่ยังให้จุดสอนที่มีคุณค่าเกี่ยวกับปรากฏการณ์สภาพอากาศที่เกี่ยวข้อง แต่ไม่ขึ้นกับลม

ดวงอาทิตย์เป็นแหล่งพลังงานขั้นสุดท้ายสำหรับกระบวนการต่างๆ มากมายบนโลก และลมก็ไม่มีข้อยกเว้น ลมส่วนใหญ่เกิดจากส่วนต่างๆ ของพื้นผิวโลกที่ดูดซับความร้อนจากดวงอาทิตย์ในปริมาณที่แตกต่างกัน พลังงานนี้แสดงเป็นลมผ่านการพาความร้อนการถ่ายเทความร้อนโดยการเคลื่อนที่ของของไหล อากาศร้อนมีแนวโน้มที่จะสูงขึ้นในขณะที่อากาศเย็นลง ทำให้เกิดการแลกเปลี่ยนอากาศหมุนเวียนอย่างต่อเนื่องระหว่างบริเวณที่อยู่ติดกันของอากาศที่มีอุณหภูมิต่างกัน

ลมไหลเวียนทั่วโลกใน "ลำธาร" ที่รู้จักกันดีซึ่งเปรียบเสมือนแม่น้ำในอากาศที่มีชื่อเสียง: กระแสน้ำไหลเชี่ยว ลมค้าขาย เครื่องบินไอพ่นขั้วโลก ลมถูกจัดประเภทตามแหล่งกำเนิดเฉพาะเป็นลมธรณี ลมร้อนหรือลมไล่ระดับ​.

อากาศมีมวล จึงสามารถคำนวณพลังงานจลน์ของอากาศเคลื่อนที่ได้เหมือนกับวัตถุอื่นๆ สมการของพลังงานจลน์คือ KE = (1/2)mv² ที่ไหนวี= ความเร็ว (ความเร็วลมมักจะไม่คงที่เป็นเวลานาน ดังนั้น โดยปกติความเร็วลมจะเฉลี่ยในช่วงเวลาสั้นๆ เพื่อสร้างข้อมูลที่มีความหมาย)

มวลของปริมาตรอากาศที่กำหนดคือความหนาแน่นคูณด้วยปริมาตรหรือ ρV แต่มีลมอำนาจหรือพลังงานต่อหน่วยเวลา ตัวแปรที่น่าสนใจคือ "ฟลักซ์มวลลม" หรือปริมาณอากาศที่ไหลผ่านพื้นที่หน้าตัด A ของกังหัน (มักจะเป็นวงกลม)สมการกำลังลมกลายเป็น

หมายความว่ากำลังเพิ่มขึ้นด้วยลูกบาศก์ของความเร็วลม นั่นหมายถึงลม 30 ไมล์ต่อชั่วโมงให้10³ = ​พันครั้งแรงเท่าลม 10 ไมล์ต่อชั่วโมง!

• สำหรับหน่วยวัดความเร็วลม ความเร็วลมมักจะเป็นไมล์ต่อชั่วโมง (mi/hr หรือในการพูดในชีวิตประจำวัน MPH) หรือกิโลเมตรต่อชั่วโมง แม้ว่าหน่วย SI จะเป็นเมตรต่อวินาที (m/s) หากคุณสนใจที่จะทำการแปลงอย่างรวดเร็วจาก MPH เป็น m/s ให้หารด้วยสองและหนึ่งในสี่:

คุณรู้อยู่แล้วว่าเครื่องวัดความเร็วลมคืออะไร แต่ในระดับละเอียด ผู้คนใช้อุปกรณ์ประเภทใดวัดความเร็วลม

• ​ถ้วยและใบพัด:เป็นเครื่องวัดความเร็วลมชนิดที่ใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุด และทำได้ง่าย ปัญหาอาจเกิดขึ้นกับความเร็วลมต่ำและฝนเยือกแข็ง
• ​หลอดพิทอท:สิ่งเหล่านี้ใช้กับเครื่องบินและใน "อุโมงค์ลม" ในห้องปฏิบัติการ
• ​ลากกระบอกหรือทรงกลม:สิ่งเหล่านี้ไม่ธรรมดา แต่พูดถึง
• ​เครื่องวัดความเร็วลมแบบกระจาย:เหล่านี้เป็นรุ่นที่ทนทานเป็นพิเศษ
• ​เครื่องวัดความเร็วลมเสียง:สิ่งเหล่านี้มีราคาแพงและไม่ใช่สำหรับใช้ในบ้าน แต่รวดเร็วและเชื่อถือได้
  

บางครั้ง ทิศทางลมเป็นประเด็นหลัก โดยที่ความเร็วมีความสำคัญน้อยกว่า ด้วยเหตุนี้ สนามบินจึงมีถุงเท้ากันลมที่บอกอะไรมากมายเกี่ยวกับสภาพอากาศที่จะเกิดขึ้นเร็วๆ นี้ ตัวอย่างเช่น ลมจากตะวันตกเฉียงเหนือ (ลมตะวันตกเฉียงเหนือ) มักจะหมายถึงอากาศที่เย็นกว่าและแห้งกว่า ในขณะที่ลมตะวันออกเฉียงใต้มักจะทำให้อากาศอุ่นขึ้นและชื้นมากขึ้น

ถ้วยและใบพัดรูปแบบของเครื่องวัดความเร็วลมเป็นประเภทที่พบบ่อยที่สุด โชคดีที่การดำเนินการนั้นอธิบายได้ง่าย ขณะที่ลมหมุนแขนใบพัดไปรอบ ๆ ถ้วย "จับ" ลมหมุนผ่านวงกลมรัศมีที่รู้จัก (2 คูณ π คูณความยาวของแขนใบพัดหรือเส้นรอบวง) ในเวลาที่ทราบ เนื่องจากการหมุนของแกนกลางคือ นับ ระยะทางทั้งหมด (รอบ คูณ รอบ) หารด้วยเวลา คือ ความเร็วลม

เครื่องวัดความเร็วลมประเภทอื่นๆ จะกำหนดความเร็วลมในลักษณะที่เกี่ยวข้องมากกว่า อาเครื่องวัดความเร็วลมแบบลวดร้อนใช้ข้อเท็จจริงที่ว่าเมื่ออากาศไหลผ่านวัตถุที่ได้รับความร้อนจนถึงอุณหภูมิที่อุ่นกว่าอากาศ วัตถุนั้นจะถูกทำให้เย็นลงเมื่อความร้อนถูกขจัดออกผ่านการพาความร้อน

ในเครื่องวัดความเร็วลมแบบลวดร้อน ลวดโลหะที่ได้รับความร้อนด้วยไฟฟ้าจะสัมผัสกับลม ในขณะที่กำลังเพิ่มขึ้นหรือลดลงเพื่อรักษาอุณหภูมิที่ปลายลวดให้คงที่ ดังนั้น ยิ่งความเร็วลมสูงขึ้นเท่าใด ก็ยิ่งต้องการพลังงานมากเท่านั้นเพื่อรักษาสมดุลทางความร้อน

การวัดความดันอากาศ – ซึ่งวัดด้วยเครื่องมือที่เรียกว่า aบารอมิเตอร์– สามารถใช้คำนวณความเร็วลมได้ ตัวอย่างเช่น เครื่องวัดความเร็วลมแบบท่อจะวัดความดันอากาศภายในท่อแก้วที่เปิดเพียงด้านเดียวเท่านั้น ความเร็วลมคำนวณได้จากความแตกต่างของแรงดันระหว่างท่อด้านในและด้านนอก

• หากคุณต้องการลองทำเครื่องวัดความเร็วลมของคุณเองจากสิ่งของทั่วไป ตัวอย่างของวิธีการทำมีอยู่ในแหล่งข้อมูล

ในการแข่งขันประเภทลู่กลางแจ้งระดับนานาชาติ โดยที่นักวิ่งเคลื่อนที่ไปในทิศทางเดียว ลมสามารถช่วย (หรือขัดขวาง) คู่แข่งและสร้างเวลาที่เหนือกว่าได้ ด้วยเหตุนี้ เครื่องวัดความเร็วลมจึงถูกวางไว้ที่ข้างสนามแข่งระหว่างกิจกรรมเหล่านี้ ความเร็วลมสุทธิสูงสุดที่อนุญาตในทิศทางของนักวิ่งสำหรับการตั้งค่าระเบียนใหม่คือ 2.0 ม./วินาที ดังนั้นหากมาตรวัดลมอ่านค่านี้เมื่อใดก็ได้ในระหว่างการแข่งขัน เครื่องหมายจะไม่มีสิทธิ์บันทึก วัตถุประสงค์

จากส่วนก่อนหน้านี้ คุณทราบความเร็วลมในหน่วยไมล์ต่อชั่วโมง (MPH) มากกว่าสองเท่าของค่าในหน่วย m/s เล็กน้อย ดังนั้นลมที่มีความเร็ว 5 ไมล์ต่อชั่วโมงซึ่งถือว่าค่อนข้างเจียมเนื้อเจียมตัวตามมาตรฐานในชีวิตประจำวันก็เพียงพอที่จะให้แรงกระตุ้นที่เพียงพอเพื่อสร้างเครื่องหมายนอกขอบเขตของความสำเร็จ "ที่แท้จริง" ของมนุษย์ เมื่อจบการแข่งขันได้เร็วกว่าใครก็ตามที่วิ่งมาก่อนเพียง 0.01 วินาทีในการแข่งขันที่ใช้เวลาน้อยกว่า 10 วินาที ทุกปัจจัยล้วนมีความสำคัญ ตอนนี้ลองนึกภาพแทร็คที่ไม่มีอุปกรณ์จับเวลาที่ทันสมัยนับประสาเครื่องวัดความเร็วลม!