المحتوى
- من أين تأتي الرياح؟
- فيزياء طاقة الرياح
- أنواع مقياس شدة الريح
- كيف تعمل مقاييس شدة الريح
- استخدامات مقياس شدة الريح الأخرى: الرياضة
على الرغم من وجود كلمة محرجة ، مقياس شدة الريح يشير إلى أداة بسيطة ولكن تنوعا بشكل مدهش ، وجدت في معظم محطات الطقس الأساسية في جميع أنحاء العالم. الترجمة من اليونانية واضحة: "أنيم -" هو أصل "الريح" و "متر" يعني (بعبارات عامة ، وليس ككمية) "قياس".
عندما تفكر في كلمة "الطقس" نفسها ، إلا إذا كنت تعيش في الفضاء الخارجي ، فإن إحدى الكلمات الأولى أو الصور الحسية التي تتبادر إلى الذهن تكاد تكون بالتأكيد ريح، تظل هذه الظاهرة التي يمكن أن تسبب أضرارًا كارثيةً ، جزءًا عزيزًا من تجربة حياة الجميع تقريبًا ، إذا كان من الممكن الوثوق بآثار الشعر والأدب التي تستكشف مدى انتشار هذه الظاهرة.
لأسباب تتعلق بالسلامة والتخطيط الترويحي وفضول عادي ، معرفة سرعة الطقس في أي وقت - أو على الأقل الاتجاه الذي تهب فيه إذا كنت لا تستطيع الخروج لسبب ما لاستكشاف ذلك بأحاسيسك الخاصة - في منطقتك ، أو في مكان تنوي السفر إليه قريبًا ، فهي معلومات مفيدة بالفعل. تتوفر العديد من أنواع مختلفة من مقياس شدة الريح لهذا الغرض ، والبعض منها يعتمد على أساليب ذكية خاصة لقياس سرعة الرياح بشكل غير مباشر.
من أين تأتي الرياح؟
أخبر طفل صغير أن الأرض تدور بسرعة حوالي 1000 ميل في الساعة عند خط الاستواء ، وعند حوالي 800 ميل في الساعة عند خط عرض 40 درجة (حول المكان الذي يتركز فيه معظم سكان الولايات المتحدة) ، قد يفترض أن الرياح تأتي من الضرب البسيط. حول كائن بسرعات مستحيلة على ما يبدو. في حين أن هذا أمر منطقي ، إلا أن الصورة الحقيقية أكثر تعقيدًا إلى حد كبير ولكنها توفر أيضًا نقاط تدريس قيمة حول ظواهر الطقس المتعلقة بالرياح نفسها ولكنها مستقلة عنها.
الشمس هي المصدر النهائي للطاقة في العديد من العمليات على الأرض ، والرياح ليست استثناء. تنتج الرياح بشكل رئيسي عن أجزاء مختلفة من سطح الأرض تمتص كميات مختلفة من الحرارة من الشمس. يتم التعبير عن هذه الطاقة من خلال الرياح الحمل الحراري، نقل الحرارة عن طريق الحركة في السائل. يميل الهواء الساخن إلى الارتفاع بينما يبرد الهواء البارد ، مما يؤدي إلى تبادل مستمر للهواء بين المناطق المجاورة للهواء بدرجات حرارة مختلفة.
تدور الرياح حول العالم في "تيارات" معروفة مثل الأنهار الشهيرة للهواء: تيارات الطائرات والرياح التجارية والطائرات القطبية. يتم تصنيف الرياح وفقًا لمصادرها الأصلية المحددة الرياح الجيوستروفية والرياح الحرارية أو رياح متدرجة.
فيزياء طاقة الرياح
يحتوي الهواء على كتلة ، لذلك من الممكن حساب الطاقة الحركية لنقل الهواء تمامًا مثل أي جسم آخر. معادلة ل الطاقة الحركية هو KE = (1/2) mv2 أين الخامس = السرعة. (نادراً ما تكون سرعة الرياح ثابتة لفترة طويلة ، لذلك عادة ما يتم حساب متوسط سرعة الرياح على مدى فترات زمنية قصيرة من أجل توليد بيانات ذات معنى.)
كتلة حجم معين من الهواء هي كثافته أضعاف حجمه ، أو ρV. لكن مع الريح قوة، أو الطاقة لكل وحدة زمنية ، متغير الاهتمام هو "تدفق كتلة الرياح" ، أو مقدار كمية الهواء التي تتدفق عبر منطقة المقطع العرضي A للتوربين (غالبًا ما تكون دائرة). ال معادلة لطاقة الرياح تبين أن
Pث = (1/2) vAv3,
وهذا يعني أن الطاقة تزداد مع مكعب سرعة الرياح. وهذا يعني أن ريح 30 ميلا في الساعة يوفر 103 = الف مرة قدر القوة مثل ريح 10 ميل بالساعة!
(1 ميل / ساعة) = (ميل / 1609 م) (3600 ثانية / ساعة) = 0.447 م / ث.
أنواع مقياس شدة الريح
أنت تعرف بالفعل ما هو مقياس شدة الريح "." ولكن على المستوى الحبيبي ، ما نوع الأجهزة التي يقيسها الأشخاص سرعة الرياح؟
في بعض الأحيان ، اتجاه الرياح هو الشاغل الرئيسي ، مع سرعة أقل أهمية. مع وضع ذلك في الاعتبار ، تحتوي المطارات على جوارب للرياح تخبرنا بالكثير عن الطقس الذي سيحدث قريبًا. على سبيل المثال ، عادةً ما تعني الريح الخارجة من الشمال الغربي (رياح الشمال الغربي) طقسًا أكثر برودة وجفافًا ، بينما غالبًا ما تجلب الرياح SE هواء أكثر دفئًا ورطوبة.
كيف تعمل مقاييس شدة الريح
ال كوب والمروحة نمط مقياس شدة الريح ، كما لوحظ ، هو النوع الأكثر شيوعًا ؛ لحسن الحظ ، عمليتها سهلة التفسير. عندما تدور الرياح ذراع المروحة حولها ، تدور الأكواب من خلال دائرة نصف قطرها المعروفة (مرتين ضعف طول ذراع المروحة ، أو محيطها) في وقت معروف ، حيث تدور الأكواب يتم حساب القضيب المركزي. إجمالي المسافة (محيط الثورات مرات) مقسوما على الوقت هي سرعة الرياح.
تحدد أنواع أخرى من أجهزة قياس شدة الريح سرعة الرياح بطرق أكثر ارتباطًا. أ الأسلاك الساخنة مقياس شدة الريح يستخدم حقيقة أنه عندما يتدفق الهواء على جسم يتم تسخينه إلى درجة حرارة أكثر دفئًا من الهواء ، سيتم تبريد الجسم عند إزالة الحرارة عن طريق الحمل الحراري.
في مقياس شدة السلك الساخن ، يتعرض السلك المعدني الذي تم تسخينه كهربائيًا للرياح ، في حين أن الطاقة تزداد أو تنقص للحفاظ على درجة حرارة ثابتة عند طرف السلك.وبالتالي كلما ارتفعت سرعة الرياح ، زادت القوة اللازمة للحفاظ على التوازن الحراري.
قياس ضغط الهواء - وهو نفسه يقاس بأداة تسمى أ مقياس الضغط الجوي - يمكن أن تستخدم أيضا لحساب سرعة الرياح. مقياس شدة الأنبوب ، على سبيل المثال ، يقيس ضغط الهواء داخل أنبوب زجاجي مفتوح فقط عند طرف واحد. يمكن حساب سرعة الرياح من الفرق في الضغط بين داخل الأنبوب والخارجي.
استخدامات مقياس شدة الريح الأخرى: الرياضة
في تشغيل الأحداث في المسابقات الدولية الخارجية ، حيث يتحرك المتسابقون في اتجاه واحد صافي ، يمكن للرياح مساعدة (أو إعاقة) المنافسين وإنتاج أوقات ممتازة. لهذا السبب ، يتم وضع مقياس شدة الريح في جانب المسار خلال هذه الأحداث. يبلغ الحد الأقصى المسموح به لسرعة الرياح الصافية في اتجاه المتسابقين لإعداد سجلات جديدة 2.0 م / ث ، لذلك إذا كان مقياس الريح يقرأ فوق هذه القيمة في أي وقت أثناء السباق ، فإن العلامة غير مؤهلة لأغراض التسجيل.
من قسم سابق ، تعلم أن سرعة الرياح بالأميال في الساعة (MPH) تزيد قليلاً عن ضعف قيمتها بالمتر في الثانية. وبالتالي ، فإن رياح تبلغ 5 ميل بالساعة ، والتي تعتبر متواضعة تمامًا وفقًا لمعايير الحياة اليومية ، كافية لتوفير دفعة كافية لتقديم علامة خارج نطاق الإنجاز البشري "الحقيقي". عند الانتهاء بسرعة 0.01 ثانية فقط من أي وقت مضى من قبل أي شخص في سباق استمر أقل من 10 ثوان ، كل عامل بالغ الأهمية. الآن تخيل المسار بدون معدات توقيت حديثة ، ناهيك عن مقاييس شدة الريح!