Tartalom
- Honnan származik a szél?
- A szélenergia fizikája
- Az anemométer típusai
- Hogyan működnek a szélmérők?
- Egyéb szélmérő felhasználások: Sport
Bár valami kellemetlen szó, szélmérő Egy egyszerű, de meglepően sokoldalú műszerre utal, amelyet a világ legalapvetőbb meteorológiai állomásain találtak meg. A görög fordítás egyértelmű: "anem-", amely a "szél" és a "mérő" gyökere, és jelentése (általános értelemben, nem pedig mennyiségként) a "mérték".
Ha magára az "időjárás" szóra gondol, kivéve, ha a világűrben él, akkor az első szavak vagy érzéki képek, amelyek eszébe jutnak, szinte biztosan szél, egy jelenség, amely katasztrofális károkat okozhat, mégis szinte mindenki élettapasztalatának áhított része marad, ha a jelenség hatókörét feltáró költészet és irodalom mennyiségére bízunk.
Biztonsági okokból, rekreációs tervezés és nyilvánvaló kíváncsiság érdekében, bármikor tudja az időjárás sebességét - vagy legalább azt az irányt, amelybe a fúj, ha valamilyen oknál fogva nem tud kijutni, hogy ezt saját érzékszervei észlelje -, vagy olyan helyen, ahová hamarosan utazni kíván, valóban hasznos információ. Erre a célra számos különféle típusú szélvédőmérő áll rendelkezésre, amelyek közül néhány különösen okos módszerekre támaszkodik a szélsebesség közvetett mérésére.
Honnan származik a szél?
Egy fiatal gyerek azt mondta, hogy a Föld körülbelül 1000 mérföld / óra sebességgel forog az Egyenlítőn, és körülbelül 800 mérföld / óra körül 40 fokos szélességben (ahol az USA lakosságának nagy része középpontjában áll) feltételezheti, hogy a szél az egyszerű korbácsolásból származik. egy tárgy körül látszólag lehetetlen sebességgel. Ennek intuitív értelme van, de a valódi kép lényegesen összetettebb, de értékes tanítási pontokat kínál a szélhez kapcsolódó, de attól független időjárási jelenségekről.
A nap a Föld számos folyamatának végső energiaforrása, és a szél sem kivétel. A szél elsősorban a Föld különféle részein keletkezik, amelyek különböző mennyiségű hőt vesznek fel a Napból. Ezt az energiát szélben fejezik ki konvekció, hő átadása egy folyadékban történő mozgás révén. A forró levegő általában emelkedik, miközben a hűvösebb levegő süllyed, és folyamatosan forgó levegőcseréket létesít a szomszédos, különböző hőmérsékletű szomszédos régiók között.
A szél a világ minden tájáról ismert "patakokban" kering, amelyek olyanok, mint a híres levegő folyók: sugárfolyamok, kereskedelmi szelek, poláris fúvókák. A szeleket az eredeti származási forrásaik alapján a következő kategóriákba sorolják: geosztrofikus szelek, termikus szelek vagy gradiens szelek.
A szélenergia fizikája
A levegőnek tömege van, így a mozgó levegő kinetikai energiája kiszámítható, mint bármely más tárgy. A kinetikus energia KE = (1/2) mv2 ahol v = sebesség. (A szélsebesség ritkán állandó hosszú ideig, ezért a szélsebességet általában rövid időnként átlagolják annak érdekében, hogy értelmes adatokat hozzanak létre.)
Egy adott levegőtérfogat tömege a sűrűsége és térfogata szorzata, vagy ρV. De a szél erő, Időegységre jutó energia vagy energia, az érdeklődés változója a "szél tömegáram", vagy az, hogy mennyi levegő áramlik a turbina A keresztmetszeti területén (gyakran egy körben). A a szélenergia egyenlete kiderült, hogy
Pw = (1/2) ρAv3,
ami azt jelenti, hogy a teljesítmény növekszik a szélsebesség kockájával. Ez azt jelenti, hogy a 30 MPH szél 103 = ezer alkalommal annyi teljesítmény, mint egy 10 MPH szél!
(1 mérföld / óra) = (mérföld / 1609 m) (3600 s / óra) = 0,447 m / s.
Az anemométer típusai
Már tudja, hogy mi a szélmérő. De szemcsés szinten milyen eszközökkel mérik az emberek a szélsebességet?
Időnként a szél iránya a legfontosabb, a sebesség kevésbé fontos. Ezt szem előtt tartva, a repülőterek szélzsákokkal rendelkeznek, amelyek sokat tudnak mondani a hamarosan bekövetkező időjárásáról. Például az északnyugati szél (északnyugati szél) általában hidegebb, szárazabb időjárást jelent, míg a délkeleti szél gyakran melegebb, párásabb levegőt hoz.
Hogyan működnek a szélmérők?
A csésze és a propeller az anemométer stílusa, amint azt megjegyeztük, a leggyakoribb típus; szerencsére működése könnyen magyarázható. Ahogy a szél körül forgatja a légcsavar karját, a szeleket „elfogó” csészék ismert sugarú körön (a hajócsavar hosszának vagy a kerületének kétszeresére π-szerese) ismert idő alatt, mint a a központi rúd meg van számolva. A teljes távolság (fordulat és a kerület szorzata) osztva az idővel, a szélsebességgel.
Más típusú szélmérők inkább befolyásolják a szél sebességét. A forró vezetékes szélmérő azt a tényt használja, hogy amikor a levegő a levegőnél melegebb hőmérsékletű melegített tárgy fölé áramlik, akkor a tárgy lehűtésre kerül, mivel a hő konvekciós úton kerül eltávolításra.
A forró huzalú szélmérőben egy elektromosan felmelegített fémhuzalt kitettek a szélnek, miközben a teljesítményt növelik vagy csökkentik, hogy a huzalhegy hőmérséklete állandó maradjon.Így minél nagyobb a szélsebesség, annál több energiára van szükség a termikus egyensúly fenntartásához.
Légnyomás mérése - amelyet önmagában egy a légnyomásmérő - a szélsebesség kiszámításához is használható. Például egy cső-szélmérő méri a légnyomást egy üvegcsőben, amely csak az egyik végén van nyitva. A szél sebessége kiszámítható a cső belseje és a külső nyomáskülönbségéből.
Egyéb szélmérő felhasználások: Sport
A szabadtéri nemzetközi pályaszámú versenyeknél, ahol a futók egy háló irányba haladnak, a szél elősegítheti (vagy akadályozhatja) a versenytársakat, és jobb időt hozhat. Ezért az események során a pálya szélére egy anemométer kerül. Az új rekordok beállításához a futók irányában megengedett legnagyobb szélsebesség 2,0 m / s, tehát ha a szélmérő a verseny során bármikor ezen az értéken felel meg, akkor a jel nem alkalmas rekordmérésre.
Az előző szakaszból tudod, hogy a szélsebesség mérföldben óránként (MPH) valamivel több, mint kétszerese annak értékének, m / s-ban. Így az 5 MPH-os szél, amelyet a mindennapi szokás szerint meglehetősen szerénynek tekint, elegendő ahhoz, hogy elegendő lendületet biztosítson ahhoz, hogy a jelet az "igaz" emberi eredmény határain kívülre tegye. Ha csak 0,01 másodperccel gyorsabban fejezi be, mint bárki még soha nem futott volna egy 10 másodpercnél rövidebb versenyen, akkor minden tényező kritikus. Képzelje el a sávot modern időmérő berendezés nélkül, nem is beszélve a szélmérőkről!