Говорячи про вітер, може спасти на думку багато різних образів. Вітер приймає різні форми - від помірного вітряного повітряного повітряного вітру до урагану, що розриває дах. Анемометр вимірює швидкість вітру, але як швидкість вітру перетворюється на силу?
Сила, вітер і тиск
Зусилля, яке зазвичай визначається як поштовх або тяга, може бути розраховане за формулою сила, рівна масі, примноженій на прискорення (F = ma). Вітер також штовхає і тягне, як правило, з більшою силою при швидшому русі. Тиск дорівнює силі, поділеній на площу. По суті, вітер застосовує силу до такої ділянки, як стіна, дах або людина.
Вимірювання вітру
Анемометри вимірюють вітер. Хоча існують різні типи анемометрів, той, який найчастіше використовується, обертається вітром. Швидкість поворотів перетворюється на швидкість вітру та тиск вітру. Оскільки швидкість вітру коливається, для розрахунку швидкості вітру використовується середня кількість поворотів за короткий час. Найчастіше швидкість вітру повідомляється в милях на годину (миль / год), кілометрах на годину (км / год) або шкалою Бофорта, але вона також може бути повідомлена як вузли, фути в секунду (f / s) або метри в секунду (m / s ). Кілька онлайн-програм перетворюють швидкість вітру з однієї одиниці в іншу.
Розрахунок сили на основі швидкості вітру
Для розрахунку сили вітру потрібні маса повітря та прискорення вітру. Середня щільність маси повітря на рівні моря дорівнює приблизно 1,229 кілограма на кубічний метр. Площа, на яку потрапляє вітер, вимірюється, в даному випадку, в квадратних метрах. Тоді маса повітря, що потрапляє на поверхню, дорівнює щільності повітря, помноженій на площу. Прискорення (а) дорівнює квадрату швидкості вітру в метрах за секунду (м / с).
Використовуйте формулу сили (F), яка дорівнює масі (м) у прискоренні (a), щоб розрахувати силу в ньютонах (N). Один Ньютон дорівнює одному кілограму метра на секунду в квадраті (кг-м / с2).
Обов’язково використовуйте відповідні одиниці. У цьому розрахунку середня щільність повітря на рівні моря дорівнює 1,229 кілограма на кубічний метр (кг / м3). Площа впливу повітря дорівнює 1 квадратному метру. Щоб розрахувати силу вітру 5 миль на годину, спочатку перетворіть швидкість вітру в метри в секунду. Використання онлайн-перетворювача показує, що 5 миль / год дорівнює 2,24 м / с.
Заповнення формули сила дорівнює масі повітря (Aм) в квадраті швидкості вітру:
F = A_m \ timesd a ^ 2
дає такий розрахунок:
F = (1 \ text {m} ^ 2) \ разів (1,229 \ text {кг / м} ^ 3) \ разів (2,24 \ text {m / s}) ^ 2 = 6,17 \ text {N}
Завершення математики показує, що F = 6,17 кг-м / с2 або 6,17 н. Отже, вітерець швидкістю 5 миль на годину мав би достатньо сили, щоб підняти звичайного повітряного змія.