Zawartość
- Skąd pochodzi wiatr?
- Fizyka energii wiatru
- Rodzaje anemometru
- Jak działają anemometry
- Inne zastosowania anemometru: Sport
Choć coś niezręcznego, wiatromierz odnosi się do prostego, ale zaskakująco wszechstronnego instrumentu, znajdowanego w najbardziej podstawowych stacjach pogodowych na całym świecie. Tłumaczenie z greckiego jest proste: „anem-” będący rdzeniem „wiatru” i „miernika” oznacza (ogólnie mówiąc, nie jako ilość) „miarę”.
Kiedy myślisz o samym słowie „pogoda”, chyba że mieszkasz w kosmosie, prawie na pewno jedno z pierwszych słów lub obrazów zmysłowych wiatr, zjawisko, które może spowodować katastrofalne szkody, pozostaje jednak cenną częścią niemal każdego doświadczenia życiowego, jeśli można zaufać ryzom poezji i literatury eksplorującej zasięg tego zjawiska.
Ze względów bezpieczeństwa, planowania rekreacji i zwykłej ciekawości, znając prędkość pogody w dowolnym momencie - lub przynajmniej kierunek, w którym wieje, jeśli z jakiegoś powodu nie możesz wyjść na zewnątrz, aby to wykryć własnymi zmysłami - w Twojej okolicy, lub w miejscu, do którego zamierzasz wkrótce się udać, naprawdę przydatna informacja. W tym celu dostępnych jest wiele różnych typów anemometrów, niektóre z nich polegają na szczególnie sprytnych metodach pośredniego pomiaru prędkości wiatru.
Skąd pochodzi wiatr?
Małe dziecko powiedziało, że Ziemia wiruje z prędkością równą 1000 mil na godzinę na równiku i około 800 mil na godzinę na 40 stopniach szerokości geograficznej (mniej więcej tam, gdzie większość populacji USA jest w centrum), może założyć, że wiatr pochodzi z prostego biczowania wokół obiektu z pozornie niemożliwymi prędkościami. Choć ma to intuicyjny sens, rzeczywisty obraz jest znacznie bardziej złożony, ale oferuje także cenne wskazówki dotyczące zjawisk pogodowych związanych z wiatrem, ale niezależnie od niego.
Słońce jest ostatecznym źródłem energii dla wielu procesów na Ziemi, a wiatr nie jest wyjątkiem. Wiatr powstaje głównie z różnych części powierzchni Ziemi, które pochłaniają różne ilości ciepła ze słońca. Energia ta jest wyrażana jako wiatr konwekcja, przekazywanie ciepła przez ruch w płynie. Cieplejsze powietrze ma tendencję do unoszenia się, podczas gdy chłodniejsze powietrze opada, powodując ciągłą rotację wymiany powietrza między sąsiednimi regionami o różnych temperaturach.
Wiatr krąży po całym świecie w dobrze znanych „strumieniach”, które są jak słynne rzeki powietrza: strumienie strumieniowe, wiatry handlowe, strumienie polarne. Wiatry są klasyfikowane na podstawie ich konkretnych źródeł pochodzenia jako wiatry geostroficzne, wiatry termiczne lub wiatry gradientowe.
Fizyka energii wiatru
Powietrze ma masę, więc można obliczyć energię kinetyczną poruszającego się powietrza, tak jak każdy inny obiekt. Równanie dla energia kinetyczna to KE = (1/2) mv2 gdzie v = prędkość. (Prędkość wiatru rzadko jest stała przez długi czas, więc prędkość wiatru jest zwykle uśredniana w krótkich okresach w celu wygenerowania znaczących danych).
Masa danej objętości powietrza jest jego gęstością pomnożoną przez objętość lub ρV. Ale z wiatrem moc, lub energii na jednostkę czasu, zmienną będącą przedmiotem zainteresowania jest „strumień masy wiatru” lub ilość powietrza przepływającego przez pole przekroju A turbiny (często koło). The równanie dla energii wiatru okazuje się
P.w = (1/2) ρAv3,
co oznacza, że moc rośnie wraz z sześcianem prędkości wiatru. Oznacza to, że wiatr o wartości 30 MPH zapewnia 103 = tysiąc razy tyle mocy, co wiatr o prędkości 10 mil na godzinę!
(1 mi / godz.) = (Mi / 1,609 m) (3600 s / godz.) = 0,477 m / s.
Rodzaje anemometru
Wiesz już, czym jest anemometr. Ale na poziomie szczegółowym, jakie urządzenia ludzie mierzą prędkość wiatru?
Czasami głównym problemem jest kierunek wiatru, a prędkość jest mniej ważna. Mając to na uwadze, lotniska mają skarpety przeciwwiatrowe, które mówią wiele o zbliżającej się pogodzie. Na przykład wiatr z północnego zachodu (wiatr NW) zwykle oznacza chłodniejszą, suchszą pogodę, podczas gdy wiatr SE często przynosi cieplejsze, bardziej wilgotne powietrze.
Jak działają anemometry
The kielich i śmigło styl anemometru jest, jak wspomniano, najczęstszym typem; na szczęście jego działanie jest łatwe do wyjaśnienia. Gdy wiatr wiruje wokół ramienia śmigła, miseczki „łapią” wiatr wirują przez koło o znanym promieniu (2 razy π razy długość ramienia śmigła lub obwodu) w znanym czasie, jak obroty liczony jest środkowy pręt. Całkowity dystans (obroty razy obwód) podzielony przez czas to prędkość wiatru.
Inne rodzaje anemometrów określają prędkość wiatru w bardziej zaangażowany sposób. ZA anemometr z gorącym drutem wykorzystuje fakt, że gdy powietrze przepływa przez obiekt ogrzany do temperatury wyższej niż powietrze, obiekt zostanie ochłodzony, gdy ciepło zostanie usunięte przez konwekcję.
W anemometrze z gorącym drutem metalowy drut, który został ogrzany elektrycznie, jest wystawiony na działanie wiatru, podczas gdy moc jest zwiększana lub zmniejszana, aby utrzymać stałą temperaturę końcówki drutu.Im wyższa prędkość wiatru, tym więcej mocy potrzeba do utrzymania równowagi termicznej.
Pomiar ciśnienia powietrza - który sam mierzy się za pomocą przyrządu zwanego a barometr - może być również użyty do obliczenia prędkości wiatru. Anemometr rurkowy, na przykład, mierzy ciśnienie powietrza wewnątrz szklanej rurki, która jest otwarta tylko na jednym końcu. Prędkość wiatru można obliczyć na podstawie różnicy ciśnień między wnętrzem rury a powierzchnią zewnętrzną.
Inne zastosowania anemometru: Sport
Podczas biegania w międzynarodowych zawodach na torze, gdzie biegacze poruszają się w jednym kierunku siatki, wiatr może pomóc (lub utrudnić) zawodnikom i zapewnić lepszy czas. Z tego powodu anemometr jest umieszczany przy torach podczas tych wydarzeń. Maksymalna dopuszczalna prędkość wiatru netto w kierunku biegaczy dla ustanowienia nowych rekordów wynosi 2,0 m / s, więc jeśli wskaźnik wiatru odczytuje powyżej tej wartości w dowolnym momencie podczas wyścigu, znak nie kwalifikuje się do celów rekordowych.
Z poprzedniej sekcji wiadomo, że prędkość wiatru w milach na godzinę (MPH) jest nieco ponad dwukrotnie większa niż wm / s. Tak więc wiatr 5 MPH, który według codziennego standardu byłby dość skromny, jest wystarczający, aby zapewnić wystarczającą moc, aby uczynić znak poza sferą „prawdziwych” osiągnięć człowieka. Gdy kończysz zaledwie 0,01 sekundy szybciej niż ktokolwiek wcześniej biegł w wyścigu trwającym mniej niż 10 sekund, każdy czynnik jest krytyczny. Teraz wyobraź sobie tor bez nowoczesnego sprzętu do pomiaru czasu, nie mówiąc już o anemometrach!