Πώς λειτουργεί ένα ανεμόμετρο;

Περιεχόμενο

• Από πού έρχεται ο άνεμος;
• Η φυσική της αιολικής ενέργειας
• Τύποι ανεμόμετρου
• Πώς λειτουργούν τα Ανεμόμετρα
• Άλλες χρήσεις ανεμόμετρου: Αθλητισμός

Αν και κάτι αδέξιο λέξη, ανεμόμετρο αναφέρεται σε ένα απλό, αλλά εκπληκτικά ευπροσάρμοστο όργανο, το οποίο βρίσκεται στους πιο βασικούς μετεωρολογικούς σταθμούς παγκοσμίως. Η μετάφραση από την ελληνική γλώσσα είναι απλή: το «anem-» είναι η ρίζα του «ανέμου» και του «μέτρου» που σημαίνει (σε ​​γενικές γραμμές όχι ως ποσότητα) «μέτρο».

Όταν σκέφτεστε τη λέξη "weather" η ίδια, εκτός και αν ζείτε στο διάστημα, μια από τις πρώτες λέξεις ή αισθητικές εικόνες που έρχεται στο μυαλό είναι σχεδόν σίγουρα άνεμος, ένα φαινόμενο που μπορεί να προκαλέσει καταστροφικές βλάβες παραμένει ένα πολύτιμο κομμάτι σχεδόν της εμπειρίας ζωής όλων των ανθρώπων, αν πρέπει να εμπιστευτεί κανείς ποίηση και λογοτεχνία που διερευνά την εμβέλεια του φαινομένου.

Για λόγους ασφάλειας, σχεδιασμού αναψυχής και απλής περιέργειας, γνωρίζοντας την ταχύτητα του καιρού ανά πάσα στιγμή - ή τουλάχιστον την κατεύθυνση στην οποία φυσάει αν για κάποιον λόγο δεν μπορείτε να βγείτε έξω για να το ανιχνεύσετε με τις δικές σας αισθήσεις - στην περιοχή σας, ή σε ένα σημείο που σκοπεύετε να ταξιδέψετε σύντομα, είναι πράγματι χρήσιμες πληροφορίες. Υπάρχουν πολλοί διαφορετικοί τύποι ανεμόμετρων για το σκοπό αυτό, μερικοί από τους οποίους βασίζονται σε ιδιαίτερα έξυπνες μεθόδους για έμμεση μέτρηση της ταχύτητας του ανέμου.

Από πού έρχεται ο άνεμος;

Ένα μικρό παιδί είπε ότι η Γη στρέφεται γύρω στα 1.000 μίλια την ώρα στον ισημερινό της και στα περίπου 800 μίλια την ώρα σε 40 μοίρες γεωγραφικού πλάτους (περίπου όπου επικεντρώνεται το μεγαλύτερο μέρος του πληθυσμού των ΗΠΑ), μπορεί να υποθέσει ότι ο άνεμος προέρχεται από το απλό κτύπημα γύρω από ένα αντικείμενο σε φαινομενικά αδύνατες ταχύτητες. Ενώ αυτό είναι διαισθητικό, η πραγματική εικόνα είναι πολύ πιο περίπλοκη, αλλά προσφέρει και πολύτιμα σημεία διδασκαλίας σχετικά με φαινόμενα καιρού που σχετίζονται με τον ίδιο τον άνεμο αλλά ανεξάρτητα από αυτόν.

Ο ήλιος είναι η τελική πηγή ενέργειας για πολλές διεργασίες στη Γη και ο άνεμος δεν αποτελεί εξαίρεση. Ο άνεμος προκύπτει κυρίως από διάφορα μέρη της επιφάνειας της Γης απορροφώντας διαφορετικές ποσότητες θερμότητας από τον ήλιο. Αυτή η ενέργεια εκφράζεται ως αέρας μέσω μεταγωγή, η μεταφορά θερμότητας μέσω κίνησης σε υγρό. Ο θερμότερος αέρας τείνει να αυξάνεται, ενώ ο ψύκτης ψύχεται, ρυθμίζοντας συνεχώς περιστρεφόμενες εναλλαγές αέρα μεταξύ γειτονικών περιοχών του αέρα με διαφορετικές θερμοκρασίες.

Ο άνεμος κυκλοφορεί σε ολόκληρο τον πλανήτη σε γνωστά "ρεύματα" που είναι σαν διάσημα ποτάμια του αέρα: ροές τζετ, εμπορικοί άνεμοι, πολικά τζετ. Οι άνεμοι κατηγοριοποιούνται βάσει των ειδικών πηγών προέλευσής τους ως γεωσταφικοί άνεμοι, θερμικοί άνεμοι ή κλίση των ανέμων.

Η φυσική της αιολικής ενέργειας

Ο αέρας έχει μάζα, οπότε είναι δυνατόν να υπολογίσουμε την κινητική ενέργεια του κινούμενου αέρα ακριβώς όπως οποιοδήποτε άλλο αντικείμενο. Η εξίσωση για κινητική ενέργεια είναι ΚΕ = (1/2) mv² που v = ταχύτητα. (Η ταχύτητα του ανέμου σπάνια είναι σταθερή για μεγάλο χρονικό διάστημα, οπότε η ταχύτητα του ανέμου συνήθως υπολογίζεται κατά μέσο όρο για μικρές χρονικές περιόδους ώστε να παράγονται σημαντικά στοιχεία.)

Η μάζα ενός δεδομένου όγκου αέρα είναι η πυκνότητά του ως προς τον όγκο του ή ρV. Αλλά με τον άνεμο εξουσία, ή την ενέργεια ανά μονάδα χρόνου, η μεταβλητή που ενδιαφέρει είναι η "ροή αιολικής μάζας" ή πόσο αέρας ρέει στην περιοχή εγκάρσιας διατομής Α του στροβίλου (συχνά ένας κύκλος). ο εξίσωση για την αιολική ενέργεια αποδείχτηκε να είναι

Π_w = (1/2) ρΑν³,

πράγμα που σημαίνει ότι η ισχύς αυξάνεται με τον κύβο της ταχύτητας του ανέμου. Αυτό σημαίνει ότι ένας άνεμος 30 MPH παρέχει 10³ = χίλιες φορές τόσο μεγάλη ισχύ όσο ένας άνεμος 10 MPH!

(1 ml / hr) = (mi / 1,609 m) (3600 s / hr) = 0,447 m / s.

Τύποι ανεμόμετρου

Γνωρίζετε ήδη τι είναι ένα ανεμόμετρο ". Αλλά σε κοκκώδες επίπεδο, τι είδους συσκευές οι άνθρωποι μετρούν την ταχύτητα του ανέμου;

Μερικές φορές, η κατεύθυνση του ανέμου είναι το κύριο μέλημα, με ταχύτητα λιγότερο σημαντική. Έχοντας αυτό υπόψη, τα αεροδρόμια έχουν κάλτσες αιολικής ενέργειας που λένε πολλά για σύντομα καιρό. Για παράδειγμα, ένας άνεμος από τα βορειοδυτικά (ένας βορειοδυτικός άνεμος) συνήθως σημαίνει ψυχρότερες, ξηρότερες καιρικές συνθήκες, ενώ ένας άνεμος SE συχνά φέρνει θερμότερο, πιο υγρό αέρα.

Πώς λειτουργούν τα Ανεμόμετρα

ο κύπελλο-και-έλικα το στυλ του ανεμόμετρου είναι, όπως σημειώθηκε, ο πιο συνηθισμένος τύπος. τυχαία, η λειτουργία του είναι εύκολο να εξηγηθεί. Καθώς ο άνεμος περιστρέφεται γύρω από τον βραχίονα της έλικας, τα κύπελλα "αιχμαλωτίζουν" τον άνεμο περιστρέφονται μέσω ενός κύκλου γνωστής ακτίνας (2 φορές π φορές το μήκος του βραχίονα της έλικας ή της περιφέρειας) σε ένα γνωστό χρόνο, όπως οι περιστροφές η κεντρική ράβδος μετράται. Η συνολική απόσταση (περιόδους περιστροφής περιστροφής) διαιρούμενη με τον χρόνο είναι η ταχύτητα του ανέμου.

Άλλα είδη ανεμόμετρων καθορίζουν την ταχύτητα του ανέμου σε πιο εμπλεκόμενους τρόπους. ΕΝΑ ζεστό σύρμα ανεμόμετρο χρησιμοποιεί το γεγονός ότι όταν ο αέρας ρέει πάνω από ένα αντικείμενο που θερμαίνεται σε θερμοκρασία θερμότερη από τον αέρα, το αντικείμενο θα ψύχεται καθώς η θερμότητα αφαιρείται μέσω της μεταφοράς.

Σε ένα ζεστό καλώδιο ανεμόμετρο, ένα μεταλλικό σύρμα που έχει θερμανθεί ηλεκτρικά εκτίθεται στον άνεμο, ενώ η ισχύς αυξάνεται ή μειώνεται για να διατηρηθεί η θερμοκρασία στο άκρο του σύρματος σταθερή.Έτσι, όσο μεγαλύτερη είναι η ταχύτητα του ανέμου, τόσο περισσότερη δύναμη χρειάζεται για να διατηρηθεί η θερμική ισορροπία.

Μέτρηση της πίεσης του αέρα - η οποία μετράται από ένα όργανο που ονομάζεται a βαρόμετρο - μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για τον υπολογισμό της ταχύτητας του ανέμου. Ένα ανεμόμετρο σωλήνα, για παράδειγμα, μετρά την πίεση του αέρα μέσα σε ένα γυάλινο σωλήνα που είναι ανοιχτός μόνο στο ένα άκρο. Η ταχύτητα ανέμου μπορεί να υπολογιστεί από τη διαφορά πίεσης μεταξύ του εσωτερικού του σωλήνα και του εξωτερικού.

Άλλες χρήσεις ανεμόμετρου: Αθλητισμός

Στις εκδηλώσεις που διεξάγονται σε διεθνείς διαγωνισμούς διεθνούς διαδρομής, όπου οι δρομείς μετακινούνται σε μια καθαρή κατεύθυνση, ο άνεμος μπορεί να βοηθήσει (ή να εμποδίσει) τους ανταγωνιστές και να παράγει ανώτερες ώρες. Για το λόγο αυτό, ένα ανεμόμετρο τοποθετείται στην οδό κατά τη διάρκεια αυτών των γεγονότων. Η μέγιστη επιτρεπόμενη καθαρή ταχύτητα ανέμου στην κατεύθυνση των δρομέων για τη ρύθμιση των νέων εγγραφών είναι 2,0 m / s, οπότε αν ο δείκτης ανέμου αναφέρει πάνω από αυτήν την τιμή ανά πάσα στιγμή κατά τη διάρκεια της κούρσας, το σήμα δεν είναι επιλέξιμο για καταγραφή.

Από μια προηγούμενη ενότητα, γνωρίζετε ότι η ταχύτητα ανέμου σε μίλια ανά ώρα (MPH) είναι λίγο περισσότερο από διπλάσια από την τιμή σε m / s. Έτσι ένας άνεμος 5 MPH, ο οποίος θα θεωρούταν αρκετά μέτριος από τα καθημερινά πρότυπα, αρκεί για να προσφέρει αρκετή ώθηση για να καταστήσει ένα σημάδι έξω από τη σφαίρα του "αληθινού" ανθρώπινου επιτεύγματος. Όταν τερματίζετε μόλις 0,01 δευτερόλεπτα γρηγορότερα από ό, τι καθένας έχει τρέξει ποτέ πριν σε έναν αγώνα που διαρκεί λιγότερο από 10 δευτερόλεπτα, κάθε παράγοντας είναι κρίσιμος. Τώρα φανταστείτε το κομμάτι χωρίς σύγχρονο εξοπλισμό χρονομέτρησης, πόσο μάλλον ανεμόμετρα!