Сила ветра: измерение и использование. Прибор для измерения скорости ветра

Ветра и определения направления его дуновения известен как обсерватор, или анемометр. Применяют такие устройство при необходимости контроля над параметрами перемещения воздушных масс.

Принцип функционирования

Несмотря на разнообразие анемометров, которые отличаются конструктивно, большинство из них работают по принципу определения характера действия воздушного потока на подвижные вращающиеся элементы.

Приборы данной категории способны определять максимальную текущую при дуновении потока в определенном направлении. Отдельные модели выдают показатели объемного расхода воздуха, температуры потока, влажности. Таким образом, функциональный прибор для измерения скорости ветра превращается в портативную метеостанцию.

Типы

Выделяют несколько отдельных разновидностей устройств, способных производить расчет скорости ветра. В настоящее время выделяют следующие типы приборов данного назначения:

• вращательные;
• вихревые;
• тепловые;
• динамометрические;
• оптические;
• ультразвуковые.

Давайте подробно рассмотрим устройства каждого типа, определим их возможности, способы эксплуатации.

Вращательные анемометры

Метеорологический прибор может быть оснащен чашками либо лопастями, которые играют роль чувствительного элемента. Последние подвижно закрепляются на вертикальном стержне и соединяются с измерителем. Перемещение воздушных потоков заставляет такие вертушки вращаться вокруг оси. По мере движения измерительный механизм фиксирует количество оборотов в течение определенного временного отрезка. Визуальную информацию выдает шкала скорости ветра либо цифровой дисплей.

Конструкции данного типа изобретены достаточно давно. Однако, несмотря на появление более совершенных приборов, вращательные анемометры до сих пор продолжают успешно эксплуатироваться метеорологами по всему миру.

Вихревые анемометры

В таких приборах измерение скорости и происходит за счет воздействия воздушных потоков на легкое лопастное колесо, расположенное в вертикальной плоскости. Как и в предыдущем случае, вращение крыльчатки посредством воздействия на систему передает данные к счетному механизму.

В настоящее время наиболее распространены ручные вихревые анемометры. Последние используются для измерения скорости воздушных потоков в вентиляционных системах и трубопроводах, устанавливаются в воздуховодах промышленных и жилых объектов.

Тепловые анемометры

Не слишком востребованы тепловые приборы. Чаще всего необходимость в их применении возникает при измерении показателей медленных воздушных потоков.

Функционирует тепловой ветра по принципу измерения температуры нити накаливания либо специальной пластины, на которую оказывается давление воздуха. При различных показателях потока выделяется определенное количество энергии, которое позволяет поддерживать ту или иную температуру теплового элемента. Таким нехитрым способом и определяется скорость ветра.

Динамометрические анемометры

Прибор для измерения скорости ветра может также функционировать благодаря определению показателей давления ветрового потока в средине запаянной с одной стороны Г-образной трубки. Данные получают на основе сравнения избыточного воздушного давления снаружи и внутри элемента.

Динамометрический прибор для измерения скорости ветра применяется не только в метеорологии. Устанавливаются подобные устройства вентиляционных системах и газоходах, где вычисляют объемный расход потоков и их скорость.

Ультразвуковые анемометры

Принцип функционирования устройств данной категории основывается на определении на приемнике в зависимости от показателей потока воздушных масс. Здесь представлены наиболее высокоточные, современные устройства, которые также позволяют фиксировать направление ветровых потоков.

Выделяют трехмерные и двухмерные ультразвуковые приборы. Первые дают возможность получать показатели направления перемещения потоков в трех компонентах. В свою очередь, двухмерный метеорологический прибор позволяет измерять направление и скорость ветра лишь в горизонтальной плоскости. Некоторые ультразвуковые системы производят вычисления температуры воздушных потоков.

Оптические анемометры

Ученые-физики, инженеры, задействованные в космических программах, часто прибегают к применению лазерных оптических приспособлений для измерения скорости и направления перемещения воздушных потоков. Работают подобные устройства согласно определению зависимости рассеянного либо отраженного подвижным объектом света от его скорости. Данный способ не предполагает непосредственного воздействия газообразных, твердых либо жидких веществ на элементы измерительного устройства.

Сфера применения оптических анемометров крайне широка, начиная с определения направлений перемещения веществ в живых клетках и капиллярах и заканчивая вычислением скорости движения газов в атмосфере.

Эксплуатация лазерных устройств помогает с высокой точностью рассчитывать скорость воздушных потоков вокруг подвижных объектов, в частности, автотранспорта, летательных аппаратов, космических тел. Полученные расчеты дают возможность исследователям, инженерам и механикам разрабатывать наиболее аэродинамические формы при конструировании техники.

На что следует обращать внимание при выборе прибора для измерения скорости и направления перемещения воздушных потоков? Определяющее значение здесь имеет перечень задач, что поставлены перед пользователем. В зависимости от этого, значение имеют такие технические характеристики прибора:

• максимальный измерительный диапазон;
• величина погрешностей;
• возможность применения в тех или иных температурных условиях;
• уровень безопасности для пользователя при воздействии на устройство агрессивных факторов окружающей среды;
• тип: стационарный либо переносной прибор;
• степень защищенности механизма от воздействий атмосферных осадков;
• характер питания устройства и способ формирования данных;
• габариты прибора;
• возможность вычисления показателей в ночное время суток (наличие подсветки).

В настоящее время для работы в условиях крайне пониженных температур возможно использование метеорологических приборов с подогревателями. Для рудников и шахт применяют специализированные анемометры, что способны исправно функционировать при высокой запыленности окружающего пространства и во взрывоопасной среде. Такие функциональные приборы переносят воздействие повышенной влажности и остаются работоспособными при значительных перепадах температур.

В итоге

Как видно, в зависимости от личных потребностей, имеется возможность выбрать наиболее подходящее устройство для фиксации показателей воздушных потоков. Однако здесь имеются свои сложности. Поскольку все анемометры являются измерительными приборами, они подлежат сертификации и аттестации в соответствующих государственных учреждениях.

Определение силы, скорости и направления ветра, дальности видимости, направления и скорости течений крайне важно при планировании и выполнении погружений в открытом море и прибрежной зоне. Бороться с силой природы бессмысленно и порой крайне опасно, поэтому всегда нужно учитывать влияние природных явлений, таких как течение и ветер, при планировани погружений. Приведённая ниже информация поможет Вам оценить силу некоторых явлений природы для того, что бы учесть их при планировании погружений.

Сила и скорость ветра.

Ветер — это перемещение потока воздуха параллельно земной поверхности, возникающее в результате неравномерного распределения тепла и атмосферного давления, и направленное из зоны высокого давления в зону низкого давления.

Ветер характеризуется скоростью (силой) и направлением. Н аправление определяется сторонами горизонта и измеряется градусами. Скорость ветра измеряется в метрах в секудну и километрах в час. Сила ветра измеряется в баллах.

Шкала бофорта — условная шкала для визуального определения и записи скорости (силы) ветра в баллах. Первоначально она была разработана английским адмиралом Френсисом Бофортом в 1806 г. для определения силы ветра по характеру его проявления на море. С 1874 г. принята для повсеместного (на суше и на море) использования в международной синоптической практике. В последующие годы менялась и уточнялась. За ноль баллов было принято состояние полного штиля на море. Изначально система была тринадцатибальная (0-12). В 1946 г. шкалу увеличили до семнадцати (0-17). Сила ветра в шкале определяется по взаимодействию ветра с различными предметами. В последние годы силу ветра чаще оценивают по скорости, измеряемой в метрах в секунду у земной поверхности, на высоте порядка 10 метров над открытой, ровной поверхностью.
В таблице 1 приведена шкала Бофорта, принятая в 1963 году Всемирной метеорологической организацией. Шкала волнения на море — девятибальная (параметры волнения даны для большой морской акватории, на малых акваториях волнение меньше). Приборов для измерения высоты волны не существует, поэтому и волнение моря в баллах определяется достаточно условно.

Сила ветра в баллах по шкале Бофорта и волнение на море.

таблица 1

Шкала дальности видимости.

Видимость — это предельное расстояние, на котором днём обнаруживаются предметы, а ночью навигационные огни. Видимость определяется прозрачностью атмосферы, зависит от погодных условий и характеризуется дальностью видимости. Ниже приведена таблица определения дальности видимости в светлое время суток.

Направление и скорость ветра - одно из лучших показателей изменений погоды. Различают 16 направлений ветра (румбов), обозначенных по сторонам света. Названия этих шестнадцати румбов, или направлений, откуда дует ветер, даны в следующей таблице:

Ветер называют по той части горизнота, откуда он дует. Моряки говорят, что ветер "дует в компас". Это выражение облегчит запоминание приведённой выше таблицы.

Помимо этих названий, есть ещё и местные. Так, например, на побережье Белого моря и в районе Мурманска местные рыбаки называют северо-восточный ветер "полуночником", южный - "летником", юго-восточный - "обеденником", юго-западный - "шеловником", северо-западный - "побережником". Есть свои названия ветров также на Чёрном, Каспийском морях и на Волге. Большое значение для определения погоды имеют местные ветры, которые необходимо знать и учитывать.

Чтобы определить направление ветра, надо смочить указательный палец и поднять его вертикально вверх. На стороне его, обращённой к ветру, почувствуется холод.

Направление ветра можно определить и по вымпелу, дыму и компасу. Став лицом к ветру и держа перед собой компас, нулевое деление которого подведено под северный конец стрелки, кладут на его центр спичку или тонкую прямую палочку, направив её в ту сторону, в которую стоит лицом наблюдатель, то есть навстречу ветру.

Прижав в таком положении спичку или палочку к стеклу компаса, надо посмотреть, над каким делением шкалы она приходится. Это и будет та часть горизонта, откуда дует ветер.

Указанием направления ветра служит приземление птиц. Они приземляются всегда против ветра.

Скорость ветра измеряется расстоянием (в метрах или километрах), на которое перемещается масса воздуха в 1 сек. (час.), а также в баллах по двенадцатибалльной системе Бофорта. Скорость ветра непрерывно меняется, и поэтому чаще принимают во внимание среднее её значение за 10 мин. Скорость ветра определяется специальными приборами, но её можно достаточно точно определить и на глаз, пользуясь приведённой ниже таблицей.

Определение скорости ветра (по К.В.Покровскому):

Сила волнения моря (озера) определяется по следующей таблице (по А.Г.Комовскому):

Скорость перемещения воздушных потоков успешнее всего можно измерить, используя ветромер (анемометр ). Широкое распространение получил чашечный анемометр — измерительный прибор, на вертикальной оси которого крестообразно укреплены чашки — полушария, которые вращаются от любого, даже легкого, ветерка, и чем он сильнее, тем быстрее происходит вращение. От оси прибора идет передача к счетчику оборотов.

Рядом с ветромерами обычно устанавливают флюгер, указывающий направление ветра. На аэродромах и возле мостов, где ветер может представлять опасность для автомобилей, устанавливаются ветроуказатели — большие конусообразные мешки из полосатой ткани, открытые с обеих сторон.

Прежде чем люди научились измерять скорость ветра в м/сек или км/ч, они пользовались для этой цели шкалой Бофорта - английского адмирала, который составил таблицу, описавшую и охарактеризовавшую разные ветры, сведенные в систему баллов от 0 (полный штиль) до 12 баллов (самый сильный ураганный ветер, доходящий до скорости 117 км/ч). Однако при смерчах и тропических циклонах скорость его бывает еще больше.

Флюгер

Для опыта нужны:

Длинный гвоздь
- деревянный шест
- деревянные бусинки
- фанера
- молоток
- линейка
- сапожный нож
- клей для дерева
- компас

1. Вырежи из фанеры детали, изображенные на чертеже внизу. Ширина прорезей должна быть равна толщине фанеры.

2. Собери флюгер, как показано на рисунке. Детали скрепи между собой клеем.

3. Уравновесь флюгер на шляпке гвоздя, чтобы найти его центр. Вбей в этом месте гвоздь, нанизав на него по бусине по обе стороны от флюгера, как показано на рисунке. Флюгер нужно укрепить на шесте так, чтобы он мог свободно вращаться.

4. С помощью флюгера определи направление ветра. Его нос указывает направление, откуда дует ветер. Ветер с юга называется южным ветром.

Анемометр

Для опыта нужны:

Чайная ложка
- отвертка
- проволока
- большой винт
- лист фанеры размером примерно 20x25 см
- несмываемый фломастер
- линейка
- гвозди или шурупы

1. Вверни винт в левый верхний угол фанеры на расстоянии примерно 2,5 см от краев.

2. Обмотай проволокой ручку ложки и винт, как на рисунке. Ложка должна свободно качаться на проволоке.

3. С помощью линейки нарисуй на фанере шкалу и укрепи анемометр на заборе или шесте.

Чем выше отклоняется ложка, тем сильнее ветер.

Шкала Бофорта - условная шкала для визуальной оценки силы (скорости) ветра в баллах по его действию на наземные предметы или по волнению на море. Была разработана английским адмиралом Ф. Бофортом в 1806 году и сначала применялась только им самим. В 1874 году Постоянный комитет Первого метеорологического конгресса принял шкалу Бофорта для использования в международной синоптической практике. В последующие годы шкала менялась и уточнялась. Шкалой Бофорта широко пользуются в морской навигации.