Содержание
- Откуда берется ветер?
- Физика энергии ветра
- Типы Анемометра
- Как работают анемометры
- Другое использование анемометра: Спорт
Хотя что-то неуклюжее слово, анемометр относится к простому, но удивительно универсальному инструменту, который можно найти на самых простых метеостанциях во всем мире. Перевод с греческого языка прост: «анем» - это корень «ветра», а «метр» означает (в общих чертах, а не как количество) «мера».
Когда вы думаете о самом слове «погода», если вы не живете в космическом пространстве, одно из первых слов или сенсорных образов, которое приходит на ум, почти наверняка ветер, феномен, который может нанести катастрофический ущерб, но при этом остается заветной частью почти каждого жизненного опыта, если верить толпам поэзии и литературы, исследующим сферу действия этого явления.
Из соображений безопасности, планирования отдыха и любопытства, зная скорость погоды в любое время - или, по крайней мере, направление, в котором она дует, если по какой-то причине вы не можете выйти наружу, чтобы обнаружить это своими собственными чувствами - в вашем районе, или в месте, куда вы собираетесь отправиться в ближайшее время, действительно полезная информация. Для этой цели доступно множество различных типов анемометров, некоторые из которых основаны на особенно умных методах косвенного измерения скорости ветра.
Откуда берется ветер?
Маленький ребенок сказал, что Земля вращается со скоростью около 1000 миль в час на своем экваторе и со скоростью около 800 миль в час на широте 40 градусов (где сосредоточено большинство населения США), может предположить, что ветер исходит от простого взбивания вокруг объекта на казалось бы невозможных скоростях. Хотя это имеет интуитивный смысл, реальная картина намного сложнее, но также предлагает ценные уроки о погодных явлениях, связанных с ветром, но не зависящих от него.
Солнце является основным источником энергии для множества процессов на Земле, и ветер не является исключением. Ветер возникает в основном из-за того, что разные части поверхности Земли поглощают различное количество тепла от Солнца. Эта энергия выражается как ветер через конвекция, передача тепла через движение в жидкости. Горячий воздух имеет тенденцию повышаться, в то время как более холодный воздух поглощает, создавая непрерывно вращающиеся обмены воздуха между смежными областями воздуха с различными температурами.
Ветер циркулирует по всему земному шару в известных «потоках», похожих на знаменитые воздушные реки: струйные потоки, пассаты, полярные струи. Ветры классифицируются на основе их конкретных источников происхождения как геострофические ветры, тепловые ветры или же градиент ветра.
Физика энергии ветра
Воздух имеет массу, поэтому можно рассчитать кинетическую энергию движущегося воздуха, как и любой другой объект. Уравнение для кинетическая энергия КЕ = (1/2) мВ2 где v = скорость. (Скорость ветра редко бывает постоянной в течение длительного времени, поэтому скорость ветра обычно усредняется за короткие периоды времени для получения значимых данных.)
Масса данного объема воздуха равна его плотности, умноженной на его объем, или ρV. Но с ветром сила, или энергии в единицу времени, представляющая интерес переменная представляет собой «поток массы ветра», или сколько воздуха протекает через площадь поперечного сечения А турбины (часто по кругу). уравнение для энергии ветра оказывается
пвес = (1/2) ρAv3,
Это означает, что мощность увеличивается с кубом скорости ветра. Это означает, что ветер 30 миль в час обеспечивает 103 = тысячи раз столько энергии, сколько ветер 10 миль в час!
(1 мили / час) = (мили / 1609 м) (3600 с / час) = 0,447 м / с.
Типы Анемометра
Вы уже знаете, что такое анемометр. Но на детальном уровне, какие устройства люди измеряют скорость ветра?
Иногда направление ветра является главной заботой, а скорость менее важна. Имея это в виду, в аэропортах есть ветровые носки, которые многое говорят о погоде, которая скоро наступит. Например, ветер с северо-запада (северо-западный ветер) обычно означает более холодную и более сухую погоду, тогда как юго-восточный ветер часто приносит более теплый и влажный воздух.
Как работают анемометры
Манжеты и пропеллер стиль анемометра, как уже отмечалось, наиболее распространенный тип; к счастью, его действие легко объяснить. Когда ветер вращает плечо пропеллера, чашки, «улавливающие» ветер, вращаются по кругу известного радиуса (в 2 раза больше длины рычага гребного винта или по окружности) за известное время, как вращения Центральный стержень считаются. Общее расстояние (обороты по окружности), деленное на время, - это скорость ветра.
Другие виды анемометров определяют скорость ветра более сложным образом. анемометр с горячей проволокой использует тот факт, что когда воздух протекает над объектом, нагретым до температуры, более высокой, чем воздух, объект будет охлажден, так как тепло отводится посредством конвекции.
В анемометре с горячей проволокой металлический провод, который был нагрет электрическим током, подвергается воздействию ветра, в то время как мощность увеличивается или уменьшается для поддержания постоянной температуры на кончике проволоки.Таким образом, чем выше скорость ветра, тем больше энергии требуется для поддержания теплового равновесия.
Измерение давления воздуха - которое само измеряется прибором, называемым барометр - также может быть использован для расчета скорости ветра. Например, трубчатый анемометр измеряет давление воздуха внутри стеклянной трубки, которая открыта только с одного конца. Скорость ветра может быть рассчитана по разнице давления между внутренней частью трубы и внешней стороной.
Другое использование анемометра: Спорт
В соревнованиях по бегу на международных соревнованиях по легкой атлетике, где бегуны движутся в одном сетевом направлении, ветер может помочь (или помешать) спортсменам и обеспечить превосходное время. По этой причине во время этих событий на дорожке размещается анемометр. Максимально допустимая чистая скорость ветра в направлении бегунов для установки новых рекордов составляет 2,0 м / с, поэтому, если указатель ветра считывает значение выше этого значения в любое время в течение гонки, отметка не подходит для целей записи.
Из предыдущего раздела вы знаете, что скорость ветра в милях в час (MPH) чуть более чем вдвое превышает его значение в м / с. Таким образом, ветер в 5 миль в час, который считается повседневным стандартом довольно скромным, достаточен для того, чтобы обеспечить достаточный импульс, чтобы оставить отметку вне сферы «истинных» человеческих достижений. При финише всего на 0,01 секунды быстрее, чем кто-либо раньше, в гонке продолжительностью менее 10 секунд каждый фактор имеет решающее значение. А теперь представьте себе трассу без современного оборудования синхронизации, не говоря уже об анемометрах!