Меню

Как можно измерить ветер



Ветер: что это такое, как образуется, виды, сила ветра, фото и видео

Для чего используется прибор

На сегодняшний день прибор анемометр можно встретить в различных отраслях деятельности:

  • На станциях метеорологии, которые работают с целью наблюдения за погодой.
  • В аэропортах. Ими пользуется служба безопасности полетов.
  • Для определения тяги в системах вентиляции в отраслях добычи горных пород и угля.
  • В строительстве анемометры используются для обеспечения безопасности: прибор закрепляют на верхней части стрелы крана. При достижении скорости ветра выше заданного параметра работы проводить запрещается.
  • В сельском хозяйстве данный прибор используется при проведении обработки посевов средствами химической защиты и удобрениями.

Это список основных направлений, где используется прибор для измерения скорости. Отдельные виды могут измерять дополнительно направление ветра в различных плоскостях, температуру воздуха. Единицы измерения скорости ветра – метры в секунду – используются в приборах всех видов.

Анемометр- постейший прибор для измерения скорости ветра

«Анемометр – простейший прибор для измерения скорости ветра»

Уважаемые члены жюри!

Вашему вниманию предоставляется проект на тему: «Анемометр – простейший прибор для измерения скорости ветра »

Цели проекта: (слайд)

  • выяснить причины возникновения ветра;
  • расширить знания о видах ветров на Земле;
  • определить роль ветра в жизни человека и природы;
  • узнать об особенностях ветров на территории нашего района;

апробировать модель анемометра

Постановка поисковых задач (слайд)

  • изучить литературу по проблеме проекта;
  • познакомиться с приборами, позволяющими измерять скорость и направление ветра;
  • с помощью анемометра, сделанного своими руками, провести наблюдения за скоростью ветра в нашем регионе.
  • Возможно ли определить скорость ветра с помощью самодельного анемометра?

Остановимся на вопросе — выбор темы и обоснование проекта.

« Ветер, ветер, ты могуч…

Ты гоняешь стаи туч.

Ты волнуешь сине море,

Всюду веешь на просторе…» (слайд)

Эти строки из сказки А.С.Пушкина знакомы каждому с детства. Но почему поэт называет ветер могучим? Почему он волнует море?.

Если бы раньше меня попросили рассказать о ветре, я бы ответил, что движение воздуха называется ветром, что ветры бывают разными: сезонными, временными и постоянными.

К ветрам относятся: бриз, буря, шторм, ураган, тайфун, муссоны, пассаты и другие. Но я решил узнать больше о таких явлениях в природе.

  • Почему летит воздушный шар?
  • Почему качаются деревья?
  • Как возникает ветер?
  • Какие повадки и привычки у ветра?
  • От чего зависит сила ветра?
  • Как измерить силу и скорость ветра?
  • Какую пользу и вред приносит ветер? И многие другие.

Эти вопросы и подтолкнули меня к выбору темы проекта.

Прежде чем приступить к работе над проектом, вместе с руководителем Захаровой Т.П.(слайд) составили карточку заданий (слайд)

Проект мне нужно было сдать к 18 февраля.

Много часов я провёл в библиотеке, в поисках информации по интересующим меня вопросам.(слайд)

Как ветер, я путешествовал в океане знаний, я побывал на разных континентах, видел ужасающие картины катастроф, в результате буйства ветра.

Я не предполагал, что о ветре так много информации, что это путешествие увлечёт меня.

Особенно меня заинтересовала книга « Неукротимая планета». (слайд) Меня взволновали такие статьи, как:

  • Чёрный буран
  • Белая смерть
  • Погребённый заживо
  • Во власти волн и ветра
  • Буйство тайфуна
  • Смерч над морем

Из прочитанных книг я понял, стоит природе захотеть, и она уничтожит всё, что угодно. Никакие достижения человечества не в силах противостоять её свирепой мощи.(слайд)

Мне стало ясно, насколько далёк от истины тот, кто считает себя хозяином этой неукратимой планеты.

Собранный материал я показал руководителю проекта Т.П.Захаровой. Мы выбрали самую интересную информацию.

К 7 февраля теоретический материал был собран. Я решил изложить его в таком порядке.

1. Информация о воздушном змее.(слайд)

2. Информация о флюгере.(слайд)

3. Информация об анемометрах. (слайд)

Эти приборы используются в метрологии для измерения направления и скорости ветра.

Когда я показал собранный материал своему дедушке, он посоветовал мне сделать простейший анемометр своими руками. Когда — то в детстве он тоже увлекался физикой, технологией, изготавливал анемометры, флюгеры и запускал воздушные змеи. Он вспомнил, как делается анемометр и помог мне в конструировании этого прибора.

Для этого мне понадобились следующие материалы, инструменты и приспособления (слайд)

  • толстый деревянный штырь
  • тонкие деревянные стержни
  • веревка и отвес
  • стаканчик из-под йогурта
  • клейкая лента (водонепроницаемая)
  • чертежные кнопки
  • цветной картон
  • медная трубка
  • клей
  • ножницы

Технология изготовления простейшей модели анемометра. (слайд)

  1. Я взял толстый деревянный штырь и плотно вставил его в медную трубку. Это стойка анемометра.
  2. Дедушка просверлил дырку сквозь стойку. Диаметр отверстия должен соответствовать толщине одного из тонких стержней.
  3. Сделал прорезь на одном из концов этого тонкого стержня, вставил его в стойку и закрепил.
  4. Вырезал из картона наконечник и оперение стрелы и закрепи на концах тонкого стержня, вырезал четверть круга из цветного картона и прикрепил его к стреле при помощи клейкой ленты.
  5. Взял большой стаканчик из-под йогурта, приклеил его к одному концу второго тонкого деревянного стержня.

Дедушка просверлил маленькую дырочку на другом конце второго стержня, а затем прибил гвоздиком к верхушке стойки

Наблюдение за скоростью ветра при помощи анемометра, заполнение таблицы

Для наблюдением за скоростью ветра в нашей местности, я выбрал подходящее место на улице.(слайд) Установил прибор в снегу. Установил стойку строго вертикально, подвесив к стрелке отвес (в качестве отвеса использовал гайку). Веревка отвеса висела строго параллельно стойке. Ветер поворачивал стрелку анемометра так, что она указывает направление, откуда дует ветер. Стаканчик из-под йогурта и стержень вместе с ним поднимались вверх. Я заметил, чем сильнее был ветер, тем выше поднимался стержень указатель.

Читайте также:  Моноимпульсный метод измерения угловых координат

Вывод: с 5 по 15 февраля в нашей местности преобладал северо-западный ветер, наименьшая скорость ветра 3 м/с, наибольшая 9 м/с. Чем меньше давление, тем сильнее скорость ветра.

Если посмотреть шкалу Бофорта, ( слайд) то словесная характеристика ветра в нашей местности с 5 по 15февраля будет следующей: слабый ветер, умеренный ветер, свежий ветер, сильный ветер.

15-17февраля я работал над оформлением проекта. В этом мне помогли родители.

На уроке окружающего мира я изложил собранный материал, факты, продемонстрировал анемометр и предложил одноклассникам отгадать кроссворд( слайд) и загадки.(слайд) К моему удивлению, кроссворд и загадки были отгаданы быстро и правильно. Это говорит о том, что ребята очень внимательно слушали. Для них моё сообщение было интересным.

Выводы и обобщение

Работая над проектом, я много узнал о ветре. (слайд)

  • Почему дует ветер.
  • О шкале Бофорта.
  • Основной величиной, характеризующей силу ветра, является его скорость.
  • Какую роль ветер выполняет в природе.

Цели и задачи проекта выполнены. Гипотеза подтверждена. Скорость ветра с помощью самодельного анемометра определить возможно.

Анемометр, сделанный своими руками, позволил определить скорость ветра в нашей местности .

Спасибо за внимание.(слайд)

Устройство и принцип работы

Анемометр позволяет провести измерение скорости и направление ветра. Он улавливает скорость воздушного потока, после чего обрабатывает полученную информацию и передает на регистрирующее устройство.

Основными узлами конструкции являются всего три блока:

  • Блок, непосредственно измеряющий скорость воздушного покоя. Если говорить точнее, то прибор улавливает возмущение воздушных масс, которое образуется в результате движения потока воздуха.
  • Преобразователь, который служит для преобразования воздушных возмещений в физический параметр.
  • Регистрирующее устройство, которое принимает сигнал от преобразователя.

Образуется своеобразная цепочка, на каждом из этапов которой свою роль выполняет отдельный блок.

Разнообразие моделей

В зависимости от принципа действия, прибор для измерения скорости ветра изготавливается в трех вариантах:

  • Механический. За счет движения воздуха в них происходит вращение отдельных элементов. В данную категорию относится анемометр чашечный и крыльчатый (или лопастной). Они отличаются между собой конструкцией элемента, который воспринимает потоки воздуха.
  • Нагревательные (или тепловые). В их конструкцию входит нагревательный элемент (обычно это простая накаливаемая проволока). Под воздействием движущихся воздушных масс данный элемент остывает. Прибор определяет степень снижения температуры.
  • Ультразвуковые, которые измеряют скорость движения звука. Звук, проходя сквозь движущийся газ, обладает различной скоростью. Если он движется навстречу ветру, то его скорость будет ниже. И наоборот, при движении в одну сторону с ветром, его скорость будет выше, чем в неподвижном воздухе.

Значение в природе

Ветер является важнейшим природным фактором, который воздействует на составляющие природы: климатические условия, геологические процессы, растения, животные и др.


Ветровая эрозия почвы

Основные последствия влияния ветров:

  1. Возникновение сильных океанических течений, которые определяют климат прилегающих зон.
  2. Эрозия почвы из-за выдувания мелких частиц.
  3. Образование новых форм рельефа. Например, перенос и откладывание песка ветром приводит к появлению песчаных дюн.
  4. Перенос пыли из пустынь и загрязнение воздуха. Например, летом дуют пассаты в Северном полушарии. При этом они постепенно приближаются к областям субтропических пустынь. В результате пыль из Сахары на протяжении сезона достигает южно-восточной части Северной Америки.
  5. Распространение пожаров. Ветер – один из основных факторов, который влияет на быстрое распространение пожаров, в особенности лесных.
  6. Влияние на растения. Воздушные потоки распространяют семена некоторых растений, ограничивают рост деревьев, а также могут наносить механические повреждения переносимыми твердыми частицами.
  7. Влияние на животных. Ветер усиливает холод в совокупности с низкими температурами – это основной аспект его влияния на животный мир. К влиянию ветра вынуждены приспосабливаться, например, пингвины, птицы, насекомые. Некоторым видам движение воздушных масс приносит пользу – олени распознают издали хищников за счет острого обоняния.

Парниковый эффект — содержание газов в атмосфере, польза и вред, фото и видео


Перекати-поле

Интересный факт: наиболее известные растения, которые распространяются благодаря ветру – одуванчики, клен, перекати-поле. Опыление многих растений происходит за счет переноса пыльцы.

Классификация

Прибор для измерения скорости ветра в своей структуре имеет датчик, который контактирует непосредственно с воздушным потоком. В зависимости от вида данного датчика выделяют следующие типы анемометров:

  • Вращающиеся, в которых отдельные элементы конструкции начинают вращаться под воздействием скорости ветра.
  • Ультразвуковые, которые по-другому называют акустическими.
  • Нагревательные, их еще называют термическими.

  • Оптические, которые в свою очередь делятся на лазерные и допплеровские.
  • Динамические, чей принцип работы основан на базе трубки Пито-Прандтля.
  • Поплавковые.
  • Вихревые.

Это список приборов, которые можно встретить в настоящее время.

Виды ветров

По основной классификации ветры делятся на постоянные (или преимущественные) и сезонные.


Виды ветров

Постоянными называются ветры, которые не меняют своего направления. Они образуются благодаря соприкосновению зон высокого и низкого давления. Сезонные ветры, соответственно, меняют свое направление в зависимости от текущего времени года.

Как формируется погода и как ее предсказывают? Коротко, описание, фото и видео

Также отдельную категорию составляют местные ветры. Это воздушные массы, которые циркулируют только на определенных территориях планеты. При этом они определяют климатические условия данной зоны.

Читайте также:  Единицы измерения ньютоны физика

Постоянные

Разновидности преимущественных ветров:


Постоянные ветры
Пассаты – ветры, дующие с востока между тропиками и устремляющиеся к экватору. Они разделены безветренной полосой. Именно пассаты направляют тропические циклоны в западном направлении.

Западные ветры умеренного пояса представляют потоки воздуха, которые преобладают на умеренной широте – в зоне между 35 и 65 градусами северной и южной широты. Движутся они с запада на восток.

Восточные ветры полярных районов направляются из зон высокого давления в зоны низкого давления.

Сезонные

Сезонные ветры представлены одной категорией – муссонами. Они дуют в области тропиков на протяжении нескольких месяцев. При этом дважды в год муссоны резко меняют свое направление.


Муссоны

В летний период воздушные потоки движутся с океана на сушу, а зимой, наоборот – с материковой части в сторону океана. Муссоны приносят с собой большое количество осадков в теплое время года. Формирование ветров происходит на востоке и юго-востоке Азии.

Местные

Наибольшим разнообразием отличаются местные ветры. Среди них можно выделить следующие виды:

  1. Бриз – теплый поток воздуха на стыке морских водоемов и береговой линии. Меняет направление два раза в сутки. Днем бриз дует с моря на сушу, ночью – с побережья в сторону моря.
  2. Самум – сухой ветер пустынного типа, который переносит огромные песчаные массы. Встречается в африканских пустынях и на Аравийском полуострове.
  3. Сирокко – воздушные потоки над Северной Африкой и Средиземноморьем, которые имеют юго-западное и южное направление.
  4. Бора – ветры, формируемые на территориях, где горы граничат с морями. Температура потоков зависит от времени года. Направление – с гор к морю.
  5. Фён – ветер, дующий порывами с гор в направлении долин. Отличается сухостью и возникает из-за перепада высоты на небольшой территории. Распространен в горных районах Северной Америки, Евразии.
  6. Суховей – возникает в умеренном поясе над степями и пустынями. Воздух сухой и горячий.
  7. Нордер – ветер, наблюдаемый в Мексиканском заливе и дующий с севера.
  8. Зюйд – название обозначает южный ветер, встречающийся на северном полюсе.
  9. Зефир – воздушный поток в восточной части Средиземноморья, возникающий в теплое время года.

Интересные факты о горах — описание, фото и видео

Также бывают необычные виды ветров, такие как торнадо (ураган, встречающийся в Северной Америке), хабуб (африканские песчаные бури), близзард (канадский буран наподобие сибирской пурги), хамсин (горячий штормовой ветер в Саудовской Аравии, длящийся около 50 дней) и другие.


Песчаная буря – хабуб

Анемометр крыльчатый

Данный прибор способен определить скорость движения воздуха, которая находится в интервале от 0,5 до 45 м/с. Кроме того, данное устройство позволяет измерять температуру, которая находится в пределах от минус 50 до плюс 100 градусов.

Конструкция анемометра такова, что ветер воспринимается лопастной крыльчаткой. Это небольшое легкое колесико, которое от механических воздействий защищается металлическим кольцом. Принцип его работы напоминает вентилятор или мельницу. Под действием ветра крыльчатка начинает вращаться. По системе зубчатых колес ее вращение передается на стрелки счетного механизма.

Анемометр ручной устроен так, что счетный механизм расположен рядом с крыльчаткой. За счет этого создается преграда для ветра, тем самым рабочий диапазон ограничивается. Подобные приборы могут измерять скорость ветра, которая не превышает 5 м/с. Данные устройства подходят для измерения потока воздуха в вентиляционных шахтах, трубопроводах, воздуховодах и так далее.

Анемометр крыльчатый цифровой устроен таким образом, что датчик встроен внутрь прибора или является выносным. Благодаря такой конструкции никакой преграды для ветра нет. Поэтому прибор измеряет поток, скорость которого может достигать 45 м/с.

Использование ветра человеком

Ветер – элементарный источник энергии, который, к тому же, является экологически безопасным. А сохранение экологии – одна из основных текущих задач человечества. Интересно, что сила ветра служит людям с давних пор.

Раньше это были простейшие устройства вроде мельниц. Сейчас строятся комплексные ветроэнергетические установки, при помощи которых сила ветра преобразовывается в электричество.

Энергия ветра может быть преобразована в следующие виды энергии:

  • кинетическую – для передвижения парусных судов (в прошлом), полетов воздушных шаров;
  • механическую – для установок, перекачивающих воду и измельчающих зерновые (устаревшие способы);
  • электрическую – для производства электроэнергии.


Ветроэнергетика
По потенциалу энергия ветра находится на шестом месте в списке возможных источников после солнечного излучения, угля, урана, нефти и природного газа. Так, возможный объем электроэнергии, который можно получить за счет ветроэнергетических установок, составляет около 25-700 ТВт в год.

Интересный факт: согласно расчетам организации Global Wind Energy Council, активное развитие ветроэнергетики позволит снизить объем выбрасываемого в атмосферу углекислого газа на 1,5 миллиарда тонн в год.

Страны-лидеры в ветроэнергетике (2015 г.):

  1. Китай – 115 000 МВт.
  2. США – 65 000 МВт.
  3. Германия – 39 000 МВт.
  4. Испания – 22 000 МВт.
  5. Индия – 22 000 МВт.
  6. Великобритания – 12 000 МВт.
  7. Канада – 10 000 МВт.
  8. Франция – 9 000 МВт.
  9. Италия – 8 000 МВт.
  10. Бразилия – 6 000 МВт.

Сколько и какие океаны есть на Земле: карта, названия, описание, подводный мир, фото и видео

В России ветроэнергетика развита слабо и на это есть несколько причин. Во-первых, средняя скорость ветра по всей территории – около 5 м/с (годовые расчеты). Это недостаточный показатель для стандартных установок, поэтому добавляются расходы на дополнительное оборудование.

Читайте также:  Пятимерное измерение что это такое


Чукотская ВЭС №1

Во-вторых, предпочтительнее выбирать стабильные источники энергии, независящие от различных факторов (в частности природных). Ветроэнергетика в нашей стране связана и с множеством других недостатков, особенно если речь идет о малых объемах. Например, высокая стоимость оборудования, проблемная эксплуатация, обслуживание систем и т.п.

Приборы чашечного типа

Анемометр чашечный способен производить измерения только в плоскости, которая расположена перпендикулярно оси вращения. Конструкция прибора представляет собой 4 чашки в форме полусфер, которые одеты на симметричные крестообразные спицы ротора.

Появились первые варианты данного устройства еще в 1846 году. Их создателем является Джон Робинсон. Название он получил благодаря внешнему сходству лопастей с чашкой. Доктор предполагал, что на вращение чашек не оказывают влияние их размер. По его мнению, скорость вращения чашек в три раза меньше, нежели скорость движения ветра. Позднее эту теорию опровергли. Было доказано, что прибор обладает коэффициентом, который находится в пределах от 2 до 3,5.

В 1926 году Джон Паттерсон предложил ротор с тремя чашками. Им было замечено, что максимальный вращающий момент чашек достигается при их повороте на угол 45 градусов в отношении движения ветра.

В начале девяностых прошлого века Дерек Вестон усовершенствовал чашечный прибор для измерения скорости ветра. Его доработки позволили измерить дополнительно направление движения ветра. Достиг он этого простым способом – на одну из чашек установил флажок. При вращении флажок пол оборота движется по ветру, а вторую – против.

Чашечные ручные приборы подсчитывают количество оборотов, совершенных за отведенный промежуток времени. В улучшенных анемометрах ротор связывается с тахометрами различных видов. Данные приборы способны показать мгновенно скорость ветра и его изменение в реальном времени. Интервал измерения – от 0,2 до 30 м/с.

Классификация скорости ветра в баллах по шкале Бофорта

В мире принято различать ветер по скорости и силе в баллах от 0 до 12. Для этого используется шкала Бофорта, разработанная ирландским моряком, картографом и военным адмиралом – Фрэнсисом Бофортом.

У Бофорта было немало заслуг и талантов, однако всемирную известность он обрел именно благодаря этой шкале. Во время службы на флоте Фрэнсис вел регулярные наблюдения за ветром. Полученные данные он записывал в дневник. В будущем наблюдательность помогла ему в разработке шкалы, которую официально утвердили в 1838 году.

Первые млекопитающие — описание, фото и видео


Скорость ветра по шкале Бофорта

Интересный факт: чтобы отдать дань выдающимся заслугам Фрэнсиса Бофорта, в честь него назвали море, антарктический остров и мыс в северной части Канады.

В 20-м веке шкала Бофорта была доработана: систему из 12 баллов расширили до 17, чтобы можно было классифицировать особенно сильные ветры, например, тайфуны. Но расширенная версия используется лишь в тех зонах, где такие тайфуны происходят достаточно часто (Китай, Тайвань и т.п.).

Согласно шкале Бофорта, сила ветра определяется по 2-м критериям:

  • волнение открытого моря;
  • влияние ветра на сухопутные объекты.

Соответственно имеется и 2 таблицы: одна для суши, другая – для открытого океана. В таблице для суши показана сила ветра и скорость в метрах за секунду. Во втором варианте скорость ветра дается в узлах. В обеих шкалах указаны общие черты, по которым можно определить силу воздушных потоков.


Волнение океана по шкале Бофорта

Тепловые приборы

Принцип работы подобных анемометров заключается в определении электрического сопротивления проволоки. Данное значение изменяется в зависимости от температуры, которая снижается за счет движущегося потока воздуха. Это подобно тому, как в солнечный жаркий день ветерок холодит кожу.

Конструкция анемометра представляет собой металлическую нить накаливания (из платины, нихрома, серебра, вольфрама и других металлов), которая разогревается электрическим током до температуры, превышающей температуру окружающей среды.

У приборов данного типа имеется один существенный недостаток – низкая прочность при механических воздействиях.

Ультразвуковые анемометры

Принцип работы данных приборов основан на определении скорости прохождения звука в движущемся воздушном потоке. Именно поэтому данный анемометр еще называют акустическим. При движении звука в одном направлении с воздухом его скорость увеличивается. При движении навстречу ветру скорость звука уменьшается. Благодаря этому измеряется время получения ультразвукового импульса. Устройство подключается к компьютеру для обработки полученных данных.

Датчик может выполнять несколько функций. В зависимости от их количества, можно выделить несколько видов датчиков:

  • Двухмерные, которые способны определить скорость и направление ветра.
  • Трехмерные, которые определяют все три компонента вектора скорости ветра.
  • Четырехмерные, которые в дополнение к показателям предыдущего вида могут измерять температуру воздуха.

Ультразвуковые приборы измеряют скорость ветра до 60 м/с.

Ультразвуковые

Принцип действия основан на изменении скорости прохождения звуковых колебаний в движущейся воздушной среде. Если движущийся поток воздуха направлен навстречу источнику ультразвука, скорость последнего уменьшается. И наоборот, движущийся в одном направлении со звуком, поток увеличивает его скорость. Таким образом, контролируя время получения отражённого от воздушной среды ультразвукового импульса, удаётся определить скорость потока. Ультразвуковые устройства подключаются к блоку обработки метеоданных, результаты выводятся на персональный компьютер. Датчики различаются по количеству выполняемых измерений:

  • Двухмерные. Измеряют направление потока и его скорость.
  • Трёхмерные. Определяют 3 скоростных вектора.
  • Термоанемометры (4-мерные). Такой анемометр — это прибор для измерения не только 3 скоростных компонента, но и температуры окружающего воздуха.

Отсутствие движущихся элементов позволяет акустическому устройству измерять скорость ветра до 60 м/с.

Источник