เครื่องวัดความเร็วลมทำงานอย่างไร

เนื้อหา

• ลมมาจากไหน
• ฟิสิกส์ของพลังงานลม
• ประเภทของเครื่องวัดความเร็วลม
• Anemometers ทำงานอย่างไร
• เครื่องวัดความเร็วลมอื่น ๆ ที่ใช้: กีฬา

แม้ว่าจะมีคำพูดที่น่าอึดอัดใจ เครื่องวัดความเร็วลม หมายถึงเครื่องมือที่เรียบง่าย แต่มีความหลากหลายอย่างน่าประหลาดใจเครื่องมือหนึ่งที่พบในสถานีอากาศพื้นฐานที่สุดทั่วโลก คำแปลจากภาษากรีกนั้นตรงไปตรงมา: "anem-" เป็นรากเหง้าของ "ลม" และ "เมตร" ความหมาย (โดยทั่วไปไม่ใช่การวัดปริมาณ)

เมื่อคุณนึกถึงคำว่า "สภาพอากาศ" นั่นเองเว้นแต่คุณจะอาศัยอยู่นอกโลกหนึ่งในคำแรกหรือภาพทางประสาทสัมผัสที่เข้ามาในใจเกือบจะแน่นอน ลม, เป็นปรากฏการณ์ที่สามารถก่อให้เกิดความเสียหายรุนแรง แต่ยังคงเป็นส่วนหนึ่งของประสบการณ์ชีวิตทุกคนถ้าบทกวีและวรรณกรรมที่สำรวจการเข้าถึงของปรากฏการณ์นั้นเชื่อถือได้

เพื่อเหตุผลด้านความปลอดภัยการวางแผนการพักผ่อนหย่อนใจและความอยากรู้อยากเห็นรู้ความเร็วของอากาศได้ตลอดเวลา - หรืออย่างน้อยก็ทิศทางที่มันพัดถ้าด้วยเหตุผลบางอย่างที่คุณไม่สามารถออกไปข้างนอกเพื่อตรวจจับสิ่งนี้ด้วยประสาทสัมผัสของคุณเอง - ในพื้นที่ของคุณ หรือในจุดที่คุณตั้งใจจะเดินทางไปในไม่ช้าเป็นข้อมูลที่มีประโยชน์อย่างแน่นอน เครื่องวัดความเร็วลมหลายประเภทมีไว้เพื่อจุดประสงค์นี้บางประเภทอาศัยวิธีการที่ชาญฉลาดเป็นพิเศษในการวัดความเร็วลมโดยอ้อม

ลมมาจากไหน

เด็กสาวคนหนึ่งบอกว่าโลกหมุนรอบตัวด้วยความเร็ว 1,000 ไมล์ต่อชั่วโมงที่เส้นศูนย์สูตรของโลกและประมาณ 800 ไมล์ต่อชั่วโมงที่ละติจูด 40 องศา (ประมาณว่าประชากรส่วนใหญ่ของสหรัฐอยู่ที่กึ่งกลาง) อาจคิดว่าลมมาจากการตีอย่างง่าย รอบวัตถุด้วยความเร็วที่ดูเหมือนเป็นไปไม่ได้ ในขณะนี้ทำให้รู้สึกที่ใช้งานง่ายภาพที่แท้จริงมีความซับซ้อนอย่างมากมาย แต่ยังมีจุดสอนที่มีคุณค่าเกี่ยวกับปรากฏการณ์สภาพอากาศที่เกี่ยวข้องกับ แต่เป็นอิสระจากลมตัวเอง

ดวงอาทิตย์เป็นแหล่งพลังงานขั้นสูงสุดสำหรับกระบวนการมากมายบนโลกและลมก็ไม่มีข้อยกเว้น ผลลมส่วนใหญ่มาจากส่วนต่าง ๆ ของพื้นผิวโลกดูดซับปริมาณความร้อนจากดวงอาทิตย์ที่แตกต่างกัน พลังงานนี้แสดงออกมาเป็นลมผ่าน พา การถ่ายเทความร้อนผ่านการเคลื่อนที่ในของไหล อากาศร้อนจัดมีแนวโน้มเพิ่มขึ้นในขณะที่อากาศเย็นกว่าทำให้ติดตั้งการแลกเปลี่ยนอากาศหมุนเวียนอย่างต่อเนื่องระหว่างภูมิภาคใกล้เคียงกับอุณหภูมิที่แตกต่างกัน

ลมไหลเวียนไปทั่วโลกใน "ลำธาร" ที่รู้จักกันดีว่าเป็นเหมือนแม่น้ำที่มีชื่อเสียงในอากาศ: ลำธารเจ็ตสายลมแลกเปลี่ยนเจ็ตส์ขั้วโลก ลมจัดแบ่งตามแหล่งที่มาเฉพาะของพวกเขาเป็น ลม geostrophic ลมร้อน หรือ ลมลาด.

ฟิสิกส์ของพลังงานลม

อากาศมีมวลดังนั้นจึงเป็นไปได้ที่จะคำนวณพลังงานจลน์ของอากาศที่กำลังเคลื่อนที่เช่นเดียวกับวัตถุอื่น ๆ สมการสำหรับ พลังงานจลน์ คือ KE = (1/2) mv² ที่ไหน โวลต์ = ความเร็ว (ความเร็วลมไม่ค่อยคงที่เป็นเวลานานดังนั้นความเร็วลมมักจะเฉลี่ยในช่วงเวลาสั้น ๆ เพื่อสร้างข้อมูลที่มีความหมาย)

มวลของปริมาตรอากาศที่กำหนดคือความหนาแน่นคูณด้วยปริมาตรหรือρV แต่ด้วยลม พลังงาน หรือพลังงานต่อหน่วยเวลาตัวแปรที่น่าสนใจคือ "มวลฟลักซ์ลม" หรือปริมาณอากาศที่ไหลผ่านพื้นที่ตัดขวาง A ของกังหัน (มักเป็นวงกลม) สมการสำหรับพลังงานลม กลายเป็น

P_W = (1/2) ρAv³,

หมายความว่าพลังงานเพิ่มขึ้นตามคิวบ์ความเร็วลม นั่นหมายถึงลม 30 ไมล์ต่อชั่วโมงให้ 10³ = พันครั้ง พลังมากเท่ากับสายลม 10 ไมล์ต่อชั่วโมง!

(1 ไมล์ / ชม.) = (mi / 1,609 m) (3600 s / ชม.) = 0.447 m / s

ประเภทของเครื่องวัดความเร็วลม

คุณรู้อยู่แล้วว่าเครื่องวัดความเร็วลม "คืออะไร" แต่ในระดับเล็ก ๆ คนแบบไหนที่อุปกรณ์วัดความเร็วลม?

บางครั้งทิศทางลมเป็นปัญหาหลักที่มีความสำคัญน้อยกว่าความเร็ว เมื่อคำนึงถึงเรื่องนี้แล้วสนามบินก็มีถุงเท้าลมที่บอกเล่าเรื่องราวสภาพอากาศที่กำลังจะเกิดขึ้นในไม่ช้า ตัวอย่างเช่นลมที่พัดมาจากทิศตะวันตกเฉียงเหนือ (ลมตะวันตก) มักหมายถึงอากาศที่เย็นกว่าและแห้งกว่าในขณะที่ลมทิศตะวันออกเฉียงใต้จะทำให้อากาศอบอุ่นและชื้นมากกว่า

Anemometers ทำงานอย่างไร

ถ้วยและใบพัด รูปแบบของเครื่องวัดความเร็วลมคือตามที่ระบุไว้ประเภทที่พบมากที่สุด; โชคดีที่มันอธิบายได้ง่าย เมื่อลมหมุนแขนของใบพัดรอบ ๆ ถ้วย "จับ" ลมหมุนผ่านวงรัศมีที่ทราบ (2 ครั้งπคูณความยาวของแขนใบพัดหรือเส้นรอบวง) ในเวลาที่รู้จักขณะที่หมุนของ แกนกลางจะถูกนับ ระยะทางทั้งหมด (รอบการหมุนรอบเวลา) หารด้วยเวลาคือความเร็วลม

เครื่องวัดความเร็วลมชนิดอื่น ๆ กำหนดความเร็วลมได้หลายวิธี เครื่องวัดความเร็วลมร้อนลวด ใช้ความจริงที่ว่าเมื่ออากาศไหลผ่านวัตถุที่อุ่นไปยังอุณหภูมิที่อุ่นกว่าอากาศวัตถุจะเย็นลงเมื่อความร้อนถูกลบผ่านการพาความร้อน

ในเครื่องวัดความเร็วลมแบบลวดร้อนลวดโลหะที่ได้รับความร้อนจากไฟฟ้าสัมผัสกับลมในขณะที่พลังงานเพิ่มขึ้นหรือลดลงเพื่อรักษาอุณหภูมิที่ปลายลวดคงที่ดังนั้นความเร็วลมที่สูงขึ้นพลังงานที่จำเป็นในการรักษาสมดุลความร้อน

การวัดความดันอากาศ - ซึ่งวัดด้วยตัวเองโดยใช้เครื่องมือที่เรียกว่า บารอมิเตอร์ - สามารถใช้คำนวณความเร็วลมได้ ตัวอย่างเช่นเครื่องวัดความเร็วลมแบบท่อวัดความดันอากาศภายในหลอดแก้วที่เปิดได้ที่ปลายด้านหนึ่งเท่านั้น ความเร็วลมสามารถคำนวณได้จากความแตกต่างของความดันระหว่างด้านในของท่อและด้านนอก

เครื่องวัดความเร็วลมอื่น ๆ ที่ใช้: กีฬา

ในการจัดกิจกรรมในการแข่งขันลู่วิ่งกลางแจ้งระหว่างประเทศซึ่งนักวิ่งไปในทิศทางเดียวลมสามารถช่วยคู่แข่ง (หรือขัดขวาง) และสร้างเวลาที่เหนือกว่า ด้วยเหตุนี้เครื่องวัดความเร็วลมจะวางที่ trackside ในช่วงเหตุการณ์เหล่านี้ ความเร็วลมสุทธิสูงสุดที่อนุญาตในทิศทางของนักวิ่งสำหรับการตั้งค่าบันทึกใหม่คือ 2.0 m / s ดังนั้นหากมาตรวัดลมอ่านสูงกว่าค่านี้ได้ตลอดเวลาในระหว่างการแข่งขันเครื่องหมายไม่มีสิทธิ์สำหรับวัตถุประสงค์ในการบันทึก

จากส่วนก่อนหน้านี้คุณรู้ว่าความเร็วลมเป็นไมล์ต่อชั่วโมง (MPH) มีค่ามากกว่าสองเท่าของค่าเป็น m / s ดังนั้นลม 5 ไมล์ต่อชั่วโมงซึ่งจะถือว่าค่อนข้างปานกลางตามมาตรฐานในชีวิตประจำวันก็เพียงพอที่จะให้เพียงพอที่จะส่งเสริมให้มีการทำเครื่องหมายนอกขอบเขตของความสำเร็จของมนุษย์ "จริง" เมื่อเสร็จเร็วขึ้นเพียง 0.01 วินาทีกว่าทุกคนที่เคยวิ่งมาก่อนในการแข่งขันนานน้อยกว่า 10 วินาทีทุกปัจจัยมีความสำคัญ ตอนนี้จินตนาการถึงการติดตามโดยไม่ต้องใช้อุปกรณ์จับเวลาที่ทันสมัย