Зміст
- Звідки вітер?
- Фізика вітроенергетики
- Види анемометра
- Як працюють анемометри
- Інші способи використання анемометра: спорт
Хоч щось незручне слово, анемометр Мається на увазі простий, але напрочуд універсальний інструмент, який зустрічається в найбільш основних метеостанціях у всьому світі. Переклад з грецької мови простий: "anem-" є коренем "вітер" і "метр", що означає (загалом кажучи, не як кількість) "міра".
Якщо ви думаєте про саме слово "погода", якщо ви не живете в космосі, одне з перших слів або чуттєвих образів, що спадає на думку, майже напевно вітер, явище, яке може завдати катастрофічної шкоди, все ще залишається заповітною частиною майже кожного життєвого досвіду, якщо довіряти ділянкам поезії та літератури, що вивчають сферу дії цього явища.
З міркувань безпеки, рекреаційного планування та простої цікавості, знаючи швидкість погоди в будь-який час - або, принаймні, напрямок, у якому його дме, якщо з якихось причин ви не можете вийти на вулицю, щоб виявити це своїми почуттями - у вашому районі, або в місці, до якого ви збираєтесь їхати незабаром, справді є корисною інформацією. Для цього доступно багато різних типів анемометра, деякі з них покладаються на особливо розумні методи опосередкованого вимірювання швидкості вітру.
Звідки вітер?
Маленька дитина розповіла, що Земля крутиться на відстані 1000 миль на годину на своєму екваторі, а приблизно в 800 миль на годину при 40 градусах широти (приблизно там, де більшість населення США зосереджена), може припустити, що вітер походить від простого побиття навколо об'єкта з, здавалося б, неможливою швидкістю. Хоча це має інтуїтивний сенс, реальна картина набагато складніша, але також пропонує цінні навчальні пункти щодо погодних явищ, пов’язаних із вітром, але незалежним від нього.
Сонце є найвищим 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 вітер наскрізь конвекція, передача тепла за допомогою руху в рідині. Більш гаряче повітря має тенденцію до підвищення, коли прохолодне повітря протікає, встановлюючи постійно обертовий обмін повітря між сусідніми областями повітря з різною температурою.
Вітер циркулює навколо земної кулі у відомих «потоках», які схожі на знамениті річки повітря: реактивні потоки, торгові вітри, полярні струмені. Вітри класифікуються на основі конкретних джерел їх походження як геострофічні вітри, теплові вітри або градієнтні вітри.
Фізика вітроенергетики
Повітря має масу, тому можна обчислити кінетичну енергію повітря, що рухається, як і будь-який інший об'єкт. Рівняння для кінетична енергія дорівнює KE = (1/2) mv2 де v = швидкість. (Швидкість вітру рідко є постійною протягом тривалого часу, тому швидкість вітру зазвичай усереднюється протягом коротких періодів часу для отримання значущих даних.)
Маса даного об’єму повітря є його густиною, меншою від його об'єму, або ρV. Але з вітром потужність, або енергія на одиницю часу, змінною, що цікавить, є "потік маси вітру" або кількість повітря, що протікає по площі поперечного перерізу турбіни (часто коло). The рівняння енергії вітру виявляється
Пш = (1/2) ρAv3,
Це означає, що потужність збільшується з кубом швидкості вітру. Це означає, що вітер 30 МПГ забезпечує 103 = тисячу разів стільки енергії, як вітер 10 МПГ!
(1 миля / год) = (ми / 1,609 м) (3600 с / год) = 0,447 м / с.
Види анемометра
Ви вже знаєте, що таке «анемометр». Але на детальному рівні, які пристрої вимірюють швидкість вітру?
Іноді напрям вітру є головним питанням, при цьому швидкість є менш важливою. Зважаючи на це, в аеропортах є шкарпетки вітру, які багато розповідають про погоду, яка скоро настане. Наприклад, вітер із північного заходу (вітер північно-східний) зазвичай означає прохолоднішу і більш суху погоду, тоді як вітер південно-західного походження часто приносить тепліше і більш вологе повітря.
Як працюють анемометри
The чашково-гвинтовий стиль анемометра - це, як зазначалося, найпоширеніший тип; на щастя, її роботу легко пояснити. Коли вітер крутить ручку гвинта навколо, чашки, "ловлячи" вітер, крутяться по колу відомого радіуса (в 2 рази π більше довжини плеча гвинта або окружності) за відомий час, як спини центральний стрижень підраховується. Загальна відстань (обертів разів окружність), поділена на час, - швидкість вітру.
Інші види анемометрів визначають швидкість вітру більш залученими способами. А гарячепровідний анемометр використовує той факт, що коли повітря протікає над предметом, нагрітим до температури, теплішої за повітря, об'єкт буде охолоджуватися, оскільки тепло конвекцією відводиться.
У анемометрі з гарячим дротом електричний прогрітий металевий дріт піддається впливу вітру, при цьому потужність збільшується або зменшується для підтримки температури на кінчику дроту постійною.Таким чином, чим вище швидкість вітру, тим більше енергії потрібно для підтримки теплової рівноваги.
Вимірювання тиску повітря - яке вимірюється самим інструментом, званим a барометр - також можна використовувати для обчислення швидкості вітру. Наприклад, трубний анемометр вимірює тиск повітря всередині скляної трубки, яка відкрита лише на одному кінці. Швидкість вітру можна обчислити з різниці тиску між внутрішньою частиною трубки та зовнішньою стороною.
Інші способи використання анемометра: спорт
Під час змагань з бігових змагань на міжнародних змаганнях з відкритих треків, де бігуни рухаються в одну мережу, вітер може допомогти (або перешкодити) учасникам змагань та створити чудові часи. З цієї причини під час цих подій анемометр розміщується біля узбіччя. Максимально допустима чиста швидкість вітру в бік бігунів для встановлення нових рекордів становить 2,0 м / с, тому якщо вітромір прочитає вище цього значення в будь-який час під час гонки, марка не підлягає рекордним цілям.
З попереднього розділу ви знаєте, що швидкість вітру в милях на годину (МПГ) трохи більше, ніж удвічі перевищує його значення в м / с. Таким чином, вітру в 5 МПГ, який би вважався досить скромним за повсякденним стандартом, достатньо, щоб забезпечити достатній поштовх для того, щоб поставити знак поза сферою "справжнього" людського досягнення. Закінчивши лише 0,01 секунди швидше, ніж хто-небудь раніше, пробігаючи в гонці тривалістю менше 10 секунд, кожен фактор є критичним. А тепер уявіть собі трек без сучасного обладнання для хронометражу, не кажучи вже про анемометри!