Innehåll
- Var kommer vinden ifrån?
- Vindkraftens fysik
- Typer av en anemometer
- Hur anemometrar fungerar
- Andra anemometeranvändningar: Sport
Även om något av ett besvärligt ord, anemometer hänvisar till ett enkelt men förvånansvärt mångsidigt instrument som finns i de mest grundläggande väderstationerna över hela världen. Översättningen från grekiska är enkel: "anem-" att vara roten till "vind" och "meter" som betyder (i allmänhet, inte som en kvantitet) "mått."
När du tänker på själva ordet "väder", såvida du inte bor i det yttre rymden, är ett av de första orden eller sensoriska bilder som kommer att tänka nästan säkert vind, ett fenomen som kan orsaka katastrofala skador, men förblir en värdefull del av nästan allas livserfarenhet, om man kan lita på fläckar av poesi och litteratur som undersöker fenomenets räckvidd.
Av säkerhetsskäl, rekreationsplanering och enkel nyfikenhet, att veta hastigheten på vädret när som helst - eller åtminstone i vilken riktning det blåser om du av någon anledning inte kan komma utanför för att upptäcka detta med dina egna sinnen - i ditt område, eller på en plats du tänker resa till snart, är verkligen användbar information. Många olika typer av anemometer finns tillgängliga för detta ändamål, vissa av dem förlitar sig på särskilt smarta metoder för att indirekt mäta vindhastigheten.
Var kommer vinden ifrån?
Ett litet barn berättade att jorden snurrar runt 1 000 mil i timmen vid ekvatorn, och på cirka 800 mil per timme på 40 graders bredd (ungefär var större delen av den amerikanska befolkningen är centrerad), kan det antas att vind kommer från den enkla piskningen runt ett objekt i till synes omöjliga hastigheter. Även om detta är intuitivt, är den verkliga bilden mycket mer komplex men erbjuder också värdefulla undervisningspunkter om väderfenomen relaterade till, men oberoende av själva vinden.
Solen är den ultimata energikällan för många processer på jorden, och vind är inget undantag. Vinden kommer främst från olika delar av jordens yta som absorberar olika mängder värme från solen. Denna energi uttrycks som vind genom konvektion, överföring av värme via rörelse i en vätska. Varmare luft tenderar att stiga medan svalare luft sjunker, vilket sätter upp kontinuerligt roterande luftutbyte mellan angränsande luftområden med olika temperaturer.
Vind cirkulerar runt om i världen i välkända "strömmar" som är som berömda luftfloder: jetströmmar, handelsvindar, polarstrålar. Vindar kategoriseras baserat på deras specifika ursprungskällor som geostrofiska vindar, termiska vindar eller gradientvindar.
Vindkraftens fysik
Luft har massa, så det är möjligt att beräkna den kinetiska energin i rörlig luft precis som alla andra föremål. Ekvationen för rörelseenergi är KE = (1/2) mv2 var v = hastighet. (Vindhastigheten är sällan konstant länge, så vindhastigheten beräknas vanligtvis över korta tidsperioder för att generera meningsfull data.)
Massan för en given luftvolym är densiteten gånger dess volym, eller ρV. Men med vind kraft, eller energi per tidsenhet är variabeln av intresse "vindmassaflöde", eller hur mycket luft som rinner över tvärsnittsområdet A i turbinen (ofta en cirkel). De ekvation för vindkraft visar sig att vara
Pw = (1/2) ρAv3,
vilket innebär att kraften ökar med vindhastighetens kub. Det betyder att en vind på 30 MPH ger 103 = tusen gånger lika mycket kraft som en vind på 10 MPH!
(1 mi / h) = (mi / 1 609 m) (3600 s / h) = 0,447 m / s.
Typer av en anemometer
Du vet redan vad en anemometer "är." Men på kornnivå, vilken typ av enheter mäter människor vindhastigheten?
Ibland är vindriktningen huvudproblemet, med hastigheten mindre viktig. Med detta i åtanke har flygplatser vindstrumpor som berättar mycket om snart väder. Till exempel betyder en vind från nordväst (en NW-vind) vanligtvis kallare, torrare väder, medan en SE-vind ofta ger varmare, fuktigare luft.
Hur anemometrar fungerar
De skål och-propeller anemometerns stil är, som noterat, den vanligaste typen; lyckligtvis är dess drift lätt att förklara. När vinden snurrar propellerns arm runt, "kopplar" kopparna runt vinden genom en cirkel med känd radie (2 gånger π gånger propellerarmens längd eller omkretsen) under en känd tid, som snurrarna på centralstången räknas. Totalt avstånd (varv gånger omkrets) dividerat med tiden är vindhastighet.
Andra typer av anemometrar bestämmer vindhastigheten på mer involverade sätt. EN varmtrådsanometer använder det faktum att när luft flyter över ett föremål som värms upp till en varmare temperatur än luften, kommer objektet att kylas när värme avlägsnas via konvektion.
I en varmtrådsanemometer exponeras en metalltråd som har värmts elektriskt för vinden, medan kraften ökas eller minskas för att hålla temperaturen vid trådspetsen konstant.Så högre vindhastighet, desto mer kraft behövs för att upprätthålla termisk jämvikt.
Mätning av lufttrycket - som själv mäts av ett instrument som kallas a barometer - kan också användas för att beräkna vindhastighet. En rörmätare mäter till exempel lufttrycket inuti ett glasrör som bara är öppet i ena änden. Vindhastigheten kan beräknas utifrån skillnaden i tryck mellan rörets insida och utsidan.
Andra anemometeranvändningar: Sport
Vid löpande evenemang i utomhus- internationella bantävlingar, där löpare rör sig i en nettoriktning, kan vinden hjälpa (eller hindra) konkurrenter och producera överlägsna tider. Av denna anledning placeras en anemometer vid spåret vid dessa händelser. Den maximala tillåtna nettovindhastigheten i löparnas riktning för inställning av nya rekord är 2,0 m / s, så om vindmätaren läser över detta värde när som helst under loppet är märket inte kvalificerat för rekordändamål.
Från ett tidigare avsnitt vet du att vindhastigheten i miles per timme (MPH) är lite mer än dubbelt dess värde i m / s. Således är en vind på 5 MPH, som skulle anses ganska blygsam med vardagsstandard, tillräcklig för att ge tillräckligt med en boost för att göra ett märke utanför området för "verklig" mänsklig prestation. När man slutar bara 0,01 sekunder snabbare än någon någonsin har kört tidigare i ett lopp som varar mindre än 10 sekunder är varje faktor avgörande. Föreställ dig nu spår utan modern tidsutrustning, än mindre anemometrar!