Sadržaj
- Odakle dolazi vjetar?
- Fizika energije vjetra
- Vrste anemometra
- Kako rade anemometri
- Ostale uporabe anemometra: Sport
Iako nešto neugodne riječi, anemometar odnosi se na jednostavan, ali iznenađujuće svestran instrument koji se nalazi na najosnovnijim vremenskim postajama širom svijeta. Prijevod s grčkog je izravan: "anem-" je korijen "vjetra" i "metra", što znači (općenito, a ne kao količina) "mjera".
Kada razmišljate o samoj riječi "vrijeme", osim ako ne živite u svemiru, jedna od prvih riječi ili senzornih slika koja vam padne na pamet gotovo je sigurno vjetar, fenomen koji može nanijeti katastrofalnu štetu ipak ostaje dragocjeni dio gotovo svakog životnog iskustva, ako je vjerovati dijelovima poezije i literature koji istražuju doseg fenomena.
Iz razloga sigurnosti, rekreacijskog planiranja i obične radoznalosti, znajući brzinu vremena u bilo kojem trenutku - ili barem smjer u kojem puše, ako iz nekog razloga ne možete izaći vani da to otkrijete vlastitim osjetilima - u vašem području, ili na mjestu u koje namjeravate uskoro otputovati, doista su korisne informacije. U tu je svrhu dostupno mnogo različitih vrsta anemometra, neke od njih oslanjaju se na posebno pametne metode za neizravno mjerenje brzine vjetra.
Odakle dolazi vjetar?
Jedno dijete je reklo da se Zemlja vrti oko 1.000 milja na sat na svom ekvatoru, a oko 800 milja na sat na 40 stupnjeva zemljopisne širine (otprilike gdje je većina američke populacije usredotočena), možda pretpostavlja da vjetar dolazi iz jednostavnog bičenja oko objekta naizgled nemogućim brzinama. Iako to ima intuitivnog smisla, stvarna slika je znatno složenija, ali također nudi vrijedne pouke o vremenskim pojavama vezanim za, ali neovisno o samom vjetru.
Sunce je vrhunski izvor energije za mnoge procese na Zemlji, a vjetar nije iznimka. Vjetar proizlazi uglavnom iz različitih dijelova Zemlje koji apsorbiraju različite količine sunca. Ta se energija izražava kao vjetar konvekcija, prijenos topline gibanjem u fluidu. Vrući zrak ima tendenciju porasta dok hladniji zrak tone, uspostavljajući stalno rotirajuće izmjene zraka između susjednih područja zraka s različitim temperaturama.
Vjetar kruži diljem svijeta u poznatim „potocima“ koji su poput poznatih rijeka zraka: mlazni tokovi, trgovački vjetrovi, polarni mlaznici. Vjetrovi su kategorizirani na temelju specifičnih izvora podrijetla kao geostrofični vjetrovi, toplinski vjetrovi ili gradijentni vjetrovi.
Fizika energije vjetra
Zrak ima masu, pa je moguće izračunati kinetičku energiju zraka koji se kreće kao i bilo koji drugi objekt. Jednadžba za kinetička energija iznosi KE = (1/2) mv2 gdje v = brzina. (Brzina vjetra rijetko je konstantna za dugo, tako da se brzina vjetra obično usporedi u kratkim vremenskim razdobljima kako bi se dobili značajni podaci.)
Masa određenog volumena zraka njegova je gustoća umanjena za njegov volumen ili ρV. Ali s vjetrom vlast, ili energije po jedinici vremena, varijabla od interesa je "protok mase vjetra" ili koliki zrak struji kroz područje poprečnog presjeka A turbine (često krug). jednadžba za snagu vjetra ispada da je
Pw = (1/2) ρAv3,
što znači da se snaga povećava s kockom brzine vjetra. To znači da vjetar od 30 MPH daje 103 = tisuću puta koliko snage kao vjetar od 10 MPH!
(1 mi / hr) = (mi / 1.609 m) (3600 s / hr) = 0.447 m / s.
Vrste anemometra
Već znate što je "anemometar". Ali na detaljnoj razini, kakvim uređajima ljudi mjere brzinu vjetra?
Ponekad je smjer vjetra glavna briga, a brzina je manje bitna. Imajući to u vidu, zračne luke imaju vjetrovne čarape koje mnogo govore o vremenu koje će uskoro nastupiti. Na primjer, vjetar sa sjeverozapada (sjeverni vjetar) obično znači hladnije i sušnije vrijeme, dok jugoistočni vjetar često donosi topliji i vlažniji zrak.
Kako rade anemometri
šalice i-propeler stil anemometra je, kao što je napomenuto, najčešći tip; srećom, njegovo je djelovanje lako objasniti. Dok vjetar vrti ruku propelera, čaše "hvatajući" vjetar prolaze kroz krug poznatog polumjera (2 puta π puta duljina ruke propelera ili u obodu) u poznatom vremenu, kao što su vrtnje središnja šipka se računa. Ukupna udaljenost (obrtaja puta obim) podijeljena s vremenom je brzina vjetra.
Druge vrste anemometra određuju brzinu vjetra na više uključenih načina. anemometar s vrućom žicom koristi činjenicu da kada zrak struji preko objekta zagrijanog na temperaturu topliju od zraka, objekt će se hladiti jer se toplina uklanja konvekcijom.
U anemometru s vrućom žicom metalna žica koja je električno zagrijana izložena je vjetru, dok se snaga povećava ili smanjuje kako bi temperatura na vrhu žice bila konstantna.Dakle, što je veća brzina vjetra, to je veća snaga potrebna za održavanje toplinske ravnoteže.
Mjerenje tlaka zraka - koje se mjeri instrumentom zvanim a barometar - se također može koristiti za izračunavanje brzine vjetra. Na primjer, anemometar s cijevima mjeri pritisak zraka unutar staklene cijevi koja je otvorena samo na jednom kraju. Brzina vjetra može se izračunati iz razlike tlaka između unutrašnjosti cijevi i vanjske strane.
Ostale uporabe anemometra: Sport
U trkačkim disciplinama na međunarodnim natjecanjima na otvorenom, gdje se trkači kreću u jednom mrežnom smjeru, vjetar može pomoći (ili ometati) natjecatelje i stvoriti vrhunsko vrijeme. Iz tog razloga, anemometar se postavlja na prugu tijekom ovih događaja. Najveća dopuštena neto brzina vjetra u smjeru trkača za postavljanje novih rekorda iznosi 2,0 m / s, tako da ako mjerač vjetra očita iznad ove vrijednosti u bilo koje vrijeme tijekom utrke, oznaka nije prihvatljiva za rekordne svrhe.
Iz prethodnog odjeljka znate da je brzina vjetra u miljama na sat (MPH) nešto više nego dvostruko veća od njegove vrijednosti u m / s. Prema tome, vjetar od 5 MPH, koji bi se svakodnevnim standardom smatrao prilično skromnim, dovoljan je da pruži poticaj da se markira izvan područja "istinskog" ljudskog dostignuća. Kad završite samo 0,01 sekunde brže nego što je ikad prije trčao u trci koja je trajala manje od 10 sekundi, svaki je faktor presudan. Zamislite sada stazu bez moderne vremenske opreme, a kamoli anemometra!