Як працює анемометр?

Хоча щось незручне слово,анемометрвідноситься до простого, але напрочуд універсального інструменту, який можна знайти на найпростіших метеорологічних станціях у всьому світі. Переклад з грецької мови є простим: "анем" - це корінь "вітру" та "метра", що означає (загалом, а не як кількість) "міру".

Коли ти думаєш про саме слово "погода", якщо ти не живеш у космічному просторі, одне з перших слів чи чуттєвих образів, що спадає на думку, майже напевновітер,явище, яке може завдати катастрофічних збитків, залишається заповітною частиною майже всіх життєвого досвіду, якщо мають бути риси поезії та літератури, що досліджують масштаби цього явища довіряють.

З міркувань безпеки, рекреаційного планування та простої цікавості, знання швидкості погоди в будь-який час - або принаймні напрямку, в якому дме якщо з якихось причин ви не можете вийти на вулицю, щоб виявити це власними почуттями - у вашому районі або в місці, куди ви збираєтеся скоро поїхати, корисна інформація справді. Для цього доступно багато різних типів анемометрів, деякі з них покладаються на особливо розумні методи непрямого вимірювання швидкості вітру.

Маленька дитина розповіла, що Земля обертається на своєму екваторі зі швидкістю 1000 миль на годину і близько 800 миль на годину на 40 градусах широти (близько де орієнтована більша частина населення США), можна припустити, що вітер походить від простого збивання навколо предмета, здавалося б, неможливого швидкості. Незважаючи на те, що це має інтуїтивний сенс, реальна картина набагато складніша, але також пропонує цінні вчення про погодні явища, пов'язані з, але незалежно від самого вітру.

Сонце є основним джерелом енергії для багатьох процесів на Землі, і вітер не є винятком. Вітер виникає в основному з різних частин поверхні Землі, поглинаючи різну кількість тепла від Сонця. Ця енергія виражається як наскрізний вітерконвекція,передача тепла шляхом руху в рідині. Гаряче повітря має тенденцію підніматися, коли прохолодне повітря опускається, створюючи постійно обертаються обміни повітря між сусідніми областями повітря з різними температурами.

Вітер циркулює по всій земній кулі у відомих «потоках», схожих на відомі повітряні річки: струмені струменів, пасати, полярні струмені. Вітри класифікуються на основі їх конкретних джерел походження якгеострофічні вітри, теплові вітриабоградієнт вітрів​.

Повітря має масу, тому можна розрахувати кінетичну енергію повітря, що рухається, як і будь-який інший об’єкт. Рівняння длякінетична енергіястановить KE = (1/2) mv² деv= швидкість. (Швидкість вітру рідко залишається постійною протягом довгого часу, тому швидкість вітру, як правило, усереднюється за короткі проміжки часу, щоб отримати значущі дані.)

Маса даного об'єму повітря - це його щільність, помножена на його об'єм, або ρV. Але з вітромпотужність,або енергії за одиницю часу, цікавою змінною є "потік маси вітру", або те, скільки повітря протікає через площу поперечного перерізу А турбіни (часто коло).рівняння для потужності вітрувиявляється

це означає, що потужність зростає із кубом швидкості вітру. Це означає, що вітер 30 миль / год забезпечує 10³ = ​тисячу разівстільки ж потужності, скільки вітер 10 миль / год!

• Що стосується одиниць анемометра, то швидкість вітру, як правило, становить милі на годину (миль / год, або повсякденною мовою, MPH) або кілометри на годину, хоча одиниці виміру СІ становлять метри в секунду (м / с). Якщо ви зацікавлені в швидкому перетворенні MPH в м / с, розділіть приблизно на два з чвертю:

Ви вже знаєте, що таке "анемометр". Але на детальному рівні, якими приладами люди вимірюють швидкість вітру?

• ​Чашки та гвинти:Це найпоширеніший тип анемометрів і простий у виготовленні. Проблеми можуть виникнути з низькою швидкістю вітру та з морозним дощем.
• ​Трубка Піто:Вони використовуються на літаках та у "аеродинамічних трубах" у лабораторіях.
• ​Перетягніть циліндр або сферу:Вони не є загальноприйнятими, але це ведмежа згадка.
• ​Дисипаційний анемометр:Це особливо міцні версії.
• ​Анемометр швидкості звуку:Вони дорогі і не для домашнього використання, але швидкі та надійні.
  

Іноді напрямок вітру є головною проблемою, швидкість менш важлива. З огляду на це, в аеропортах є вітряні шкарпетки, які багато розповідають про погоду, яка скоро настане. Наприклад, вітер із північного заходу (північно-західний вітер) зазвичай означає прохолодну і посушливу погоду, тоді як південно-західний вітер часто приносить тепліше, вологіше повітря.

чашково-гвинтовийстиль анемометра - це, як зазначалося, найпоширеніший тип; випадково, його роботу легко пояснити. Коли вітер обертає руку гвинта навколо, чашки, що «вловлюють» вітер, обертаються по колу відомого радіуса (2 вмножене на π, помножену на довжину плеча гвинта або його окружність) за відомий час, оскільки обертання центрального штока порахували. Загальна відстань (кількість обертів в окружності), поділена на час, є швидкістю вітру.

Інші види анемометрів визначають швидкість вітру більш задіяними способами. Aгарячопровідний анемометрвикористовує той факт, що коли повітря тече над предметом, нагрітим до температури, вищої за повітря, предмет охолоджується, оскільки тепло відводиться конвекцією.

У анемометрі з гарячим дротом нагрітий електрично дріт піддається вітру, тоді як потужність збільшується або зменшується, щоб підтримувати температуру на кінчику дроту постійною. Таким чином, чим вища швидкість вітру, тим більше потужності потрібно для підтримки теплової рівноваги.

Вимірювання тиску повітря - яке саме вимірюється приладом, який називається абарометр- також може використовуватися для розрахунку швидкості вітру. Наприклад, трубчастий анемометр вимірює тиск повітря всередині скляної трубки, відкритої лише на одному кінці. Швидкість вітру можна розрахувати за різницею тиску між внутрішньою частиною трубки та зовнішньою частиною.

• Якщо ви хочете спробувати свої сили у створенні власного анемометра зі звичайних предметів, приклад того, як це зробити, наведено в Ресурсах.

Під час бігових змагань на міжнародних змаганнях на відкритих доріжках, де бігуни рухаються в одному напрямку, вітер може допомогти (або перешкодити) учасникам і досягти кращих результатів. З цієї причини під час цих подій анемометр розміщують біля узбіччя. Максимально допустима чиста швидкість вітру в напрямку бігунів для встановлення нових рекордів становить 2,0 м / с, отже, якщо датчик вітру показує вище цього значення в будь-який час під час перегонів, позначка не підлягає запису цілі.

З попереднього розділу ви знаєте, що швидкість вітру в милях на годину (миль на годину) трохи перевищує його значення в м / с. Таким чином, вітру потужністю 5 миль на годину, який за повсякденними стандартами вважався б досить скромним, достатньо, щоб забезпечити достатній поштовх, щоб нанести відбиток поза сферою "справжніх" людських досягнень. Коли фінішувати лише на 0,01 секунди швидше, ніж будь-коли коли-небудь раніше, в гонці тривалістю менше 10 секунд, кожен фактор є критичним. А тепер уявіть трасу без сучасного хронометражу, не кажучи вже про анемометри!