Ветер -- поток воздуха. На Земле ветер является потоком воздуха, который движется преимущественно в горизонтальном направлении. Ветры, как правило, классифицируют по масштабам, скорости, видам сил, которые их вызывают, местам распространения и воздействию на окружающую среду.
В метеорологии ветры классифицируют, в первую очередь, по их силе, продолжительности и направлению, откуда этот ветер дует. Таким образом, порывами принято считать кратковременные (несколько секунд) и сильные перемещения воздуха. Сильные ветры средней продолжительности (примерно 1 минута) называются шквалами. Названия более продолжительных ветров зависят от силы, например, такими названиями являются бриз, буря, шторм, ураган, тайфун. Продолжительность ветра также сильно варьируется. Некоторые грозы могут длиться несколько минут, бриз, который зависит от разницы нагрева особенностей рельефа на протяжении суток, длится несколько часов, глобальные ветры, вызванные сезонными изменениями температуры -- муссоны -- имеют продолжительность несколько месяцев, тогда как глобальные ветры, вызванные разницей в температуре на разных широтах и силой Кориолиса, дуют постоянно и называются пассаты. Муссоны и пассаты являются ветрами, из которых слагается общая и местная циркуляция атмосферы.
Направление ветра в метеорологии определяется как направление, из которого дует ветер. Самым простым прибором для установления направления ветра является флюгер. Ветроуказатели, установленные в аэропортах, также способны примерно показывать скорость ветра, в зависимости от которой изменяется наклон прибора.
Типичными приборами, предназначенными непосредственно для измерения скорости ветра, служат разнообразные анемометры, использующие способные вращаться чаши или пропеллеры. Для измерения с большей точностью, в частности для научных исследований, используют измерения скорости звука или измерения скорости охлаждения нагретой проволоки или мембраны под действием ветра. Другим распространенным типом является анемометров является трубка Пито, который измеряет разницу динамического давления между двумя концентрическими трубками под действием ветра и широко используется в авиационной технике.
Скорость ветра на метеорологических станциях большинстве стран мира обычно измеряют на высоте 10 м и усредняют за 10 минут. Исключение составляют США, где скорость усредняют за 1 минуту, и Индия, где её усредняют за 3 минуты. Период усреднения имеет важное значение, поскольку, например, скорость постоянного ветра, измеренная за 1 минуту, обычно на 14 % выше значения, измеренного за 10 минут. Короткие периоды быстрого ветра исследуют отдельно, а периоды, за которые скорость ветра превышает усредненную за 10 минут скорость как минимум на 10 узлов (82 м/с), называются порывами. Шквалом называется удвоение скорости ветра, сильнее определенного порога, который длится минуту или больше.
Для исследования скорости ветров во многих точках используют зонды, скорость которых определяют с помощью ГЛОНАСС или GPS, радионавигации или слежения за зондом с помощью радара или теодолита. Другими методами является использование таких методов как содары, доплеровские лидары и радары, способные измерять доплеровский сдвиг электромагнитного излучения, отраженного или рассеянного аэрозольными частицами или даже молекулами воздуха. В дополнение, радиометры и радары используют воздух для измерения неравенства водной поверхности, что хорошо отражает приповерхностную скорость ветра над океаном. С помощью съёмки движения облаков с геостационарных спутников можно установить скорость ветра на больших высотах.
Итак ты решил сделать ветрогенератор своими руками. EnergyFuture.RU уже не однократно писала об различных конструкциях самодельных ветрогенераторов и генераторов на постоянных магнитах на них, включая знаменитые конструкции Хью Пигота (полный архив ). Очень важно перед началом понять и на практике определить доступную силу ветра в твоей местности. Об этом собственно и статья. Наблюдайте, мерьте и записывайте в журнал для статистики. как в школе!
Скорость ветра – одна из основных характеристик воздушного потока, потому-как определяет его энергию. Она измеряется в метрах в секунду (м/сек ) и обозначается латинской буквой V . Чем больше скорость ветра, тем больше и энергия заключенная в потоке.
Для измерения скорости ветра применяются раздичные приборы: Флюгеры, анемометры и другие. Простейший прибор для измерения скорости ветра – флюгер Вильда (вобще-то устаревшая вещь, преимущество одно -легко соорудить своими руками).
К штоку-1 жестко прикреплен киль-2 , который при изменении направления ветра устанавливаетпластину-3 перпендикулярно направлению потока. Пластина имеет возможность качаться относительно оси-4 . Соответственно чем сильнее ветер тем больше отклонение пластины. Определяют силу ветра при помощи указателя-5 .
Для точности измерения плластина должна иметь размер-150 X 300 мм и вес 200 грамм, для районов с небольшими ветрами, и 800 грамм для местности с ветрами более 6 м/сек.
Деления указателя имеют условные значения, поэтому для определения скорости ветра следует воспользоваться таблицей.
Тем кого не интересует относительная точность, есть ещё один способ определения скорости ветра - по внешним признакам .
Таблица для определения скорости ветра с помощью флюгера Вильда.
| значение указателя | скорость ветра м/сек | |
|---|---|---|
| пластина 200гр | пластина 800гр | |
| 1 | 0 | 0 |
| 1-2 | 1 | 2 |
| 2 | 2 | 4 |
| 2-3 | 3 | 6 |
| 3 | 4 | 8 |
| 3-4 | 5 | 10 |
| 4 | 6 | 12 |
| 4-5 | 7 | 14 |
| 5 | 8 | 16 |
| 5-6 | 9 | 18 |
| 6 | 10 | 20 |
| 6-7 | 12 | 24 |
| 7 | 14 | 28 |
| 7-8 | 17 | 34 |
| 8 | 20 | 40 |
Таблица для определения скорости ветра по внешним признакам
| характер ветра | скорость ветра м/сек | признаки |
|---|---|---|
| очень легкий | 0-1 | движение воздуха незаметно |
| 1-3 | движение воздуха едва заметно, шелестят листья | |
| легкий | 4-5 | ветки слегка качаются, дым плывет в воздухе сохраняя очертания клубов |
| умеренный | 6-7 | ветки гнуться, ветер «слизывает» дым с трубы и перемешивает его в однородную массу, поднимается пыль |
| свежий | 8-9 | верхушки деревьев шумят и качаются |
| очень свежий | 10-11 | тонкие стволы деревьев гнутся, завывание ветра в трубах |
| сильный | 12-14 | листь срываются, на стоячей воде образуются волны с опрокидыванием гребней |
| резкий | 15-16 | тонкие ветки ломаются, затруднено движение против ветра |
| буря | 17-19 | толстые ветви ломаются, срывает кровельные покрытия |
| сильная буря | 20-23 | тонкие веревья ломаются |
Прибор для измерения скорости ветра, его силы, а также определения направления его движения в метеорологии называется анемометром. Немногие на сегодняшний день знают, что это такое, ведь прибор так и не получил широкого распространения в отличие, например, от барометра, однако, он все же используется при измерении параметров ветра как на метеорологических станциях, так и в некоторых видах спорта, к примеру, в парусном спорте.
Также он используется в других научных областях для измерения скорости движения газов или воздуха, но наиболее популярным вариантом его использования по-прежнему является эксплуатация в качестве измерителя скорости ветра.
Принцип работы прибора
Принцип работы большинства таких приборов заключается в следующем: какой-либо вращательный элемент прикреплен к измерителю. При дуновении ветра подвижная часть прибора
приходит в действие и параметры воздействия на вращательный элемент передаются на измерительный прибор. Так работают механические анемометры, включающие в себя две разновидности: чашечный и крыльчатый анемометры.
Существуют также тепловой анемометр, основанный на измерении сдвигов температуры нагревательного элемента относительно начального значения под воздействием ветра (чем выше скорость воздушных масс, тем меньше температура нагревательного элемента) и ультразвуковой, основанный на измерении сдвигов в показателях скорости звука относительно направления воздушных масс (если скорость звука падает относительно его скорости в неподвижном воздухе, значит, он движется против ветра, если растет - по ветру).
Виды приборов
- Чашечный анемометр
Принцип работы заключается в измерении характера воздействия воздушных масс на специальные чашки, закрепленные на вертикальной оси. Когда происходит дуновение ветра, чашки вращаются вокруг оси. Измеритель фиксирует количество оборотов вокруг оси по времени и определяет скорость ветра. Данные передаются на шкалу скорости ветра, иногда используется электронный измеритель.
- Анемометр крыльчатый
Принцип его работы заключается в измерении характера воздействия ветра на миниатюрное колесо (крыльчатку), закрепленное на вертикальной оси и огражденное металлическим кольцом для защиты от механических повреждений. При движении ветра происходит вращение крыльчатки, которое через систему зубчатых колес передается на измеритель. Данный прибор также имеет две разновидности измерителя: ручной и электронный.
- Тепловой
Основан на изменении числа Нуссельта, то есть увеличения теплопотерь нагретого тела пропорционально увеличению скорости движения воздушных масс. Данное явление можно наблюдать в жизни - при равной температуре воздуха в ветреную погоду становится холоднее, чем в спокойную. Данный прибор представляет собой
нагретую до температуры, превышающей температуру среды, металлическую проволоку.
В зависимости от текущей скорости, его плотности и влажности ветра проволока выделяет определенное количество энергии, позволяющее поддерживать ту или иную температуру проволоки. Измеритель фиксирует теплопотери и выводит параметры движения ветра на экран. Впрочем, у прибора существует 2 недостатка:
- Низкая прочность теплового элемента, так как он представлен очень тонкой проволокой.
- Погрешность показаний со временем увеличивается из-за загрязнения и окисления проволоки.
Ввиду вышеописанного их применяют, как правило, применяют в аэродинамике для того, чтобы измерять параметры движения воздушных масс, потому как тепловые анемометры, в отличие от механических, обладают безынерционностью, что является необходимым условием для проведения аэродинамических экспериментов.
- Ультразвуковой анемометр
Принцип действия заключается в характере изменения скорости звука при движении относительно ветра. Так можно измерять не только текущую силу движения ветра, но и направление его движения. Так как скорость звука зависит еще и от температуры воздуха, то данный анемометр снабжен
еще и термометром, по показаниям которого вносятся правки в конечные результаты параметров движения воздушных масс, выдаваемые анемометром.
На сегодняшний день ультразвуковой анемометр является самым высокоточным и современным прибором данной категории. Помимо всего прочего, некоторые электронные анемометры могут измерять также температуру воздуха в момент движения воздушных масс, а также его влажность.
Заключение
В России также производятся многоцелевые приборы этой категории, объединяющие в себе функции различных видов анемометров, такие как измерение температуры воздуха (термоанемометр), его влажность (гирометр), а также вычисление объемного расхода воздуха. Таким анемометром является, к примеру, метеометр МЭС200, дифнамометр ДМЦ01М. Данные приборы применяются при обследовании, ремонте и поверке вентиляции в зданиях.
Все производимые на территории России закрепляются в государственном реестре средств измерения и подлежат обязательной поверке. Потому в России нет анемометров без поверки.
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:
| Обозначение | Полное название ветра | ||
| международное | русское | международное | русское |
| N | С | Норд |
Северный |
| NNE | ССВ | Норд-норд-ост | Северо-северо-восточный |
| NE | СВ | Норд-ост | Северо-восточный |
| ENE | ВСВ | Ост-норд-ост | Восточно-северо-восточный |
| E | В | Ост | Восточный |
| ESE | ВЮВ | Ост-зюйд-ост | Восточно-юго-восточный |
| SE | ЮВ | Зюйд-ост | Юго-восточный |
| SSE | ЮЮВ | Зюйд-зюйд-ост | Юго-юго-восточный |
| S | Ю | Зюйд | Южный |
| SSW | ЮЮЗ | Зюйд-зюйд-вест | Юго-юго-западный |
| SW | ЮЗ | Зюйд-вест | Юго-западный |
| WSW | ЗЮЗ | Вест-зюйд-вест | Западно-юго-западный |
| W | З | Вест | Западный |
| WNW | ЗСЗ | Вест-норд-вест | Западно-северо-западный |
| NW | СЗ | Норд-вест | Северо-западный |
| NNW | ССЗ | Норд-норд-вест | Северо-северо-западный |
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 ветра |
Названия ветров различной силы |
Признаки для оценки | Скорость ветра (в м/сек.) |
Скорость ветра (в км/час) |
| 0 | штиль | Листья на деревьях не колеблются, дым от труб поднимается вертикально, огонь от спички не отклоняется | 0 | 0 |
| 1 | тихий | Дым несколько отклоняется, но ветер не ощущается лицом | 1 | 3,6 |
| 2 | лёгкий | Ветер чувствуется лицом, листья на деревьях колышутся | 2 - 3 | 5 - 12 |
| 3 | слабый | Ветер качает мелкие ветки и колеблет флаг | 4 - 5 | 13 - 19 |
| 4 | умеренный | Качаются ветки средней величины, поднимается пыль | 6 - 8 | 20 - 30 |
| 5 | свежий | Качаются тонкие стволы деревьев и толстые ветки, образуется рябь на воде | 9 - 10 | 31 - 37 |
| 6 | сильный | Качаются толстые стволы деревьев | 11 - 13 | 38 - 48 |
| 7 | крепкий | Качаются большие деревья, против ветра трудно идти | 14 - 17 | 49 - 63 |
| 8 | очень крепкий | Ветер ломает толстые стволы | 18 - 20 | 64 - 73 |
| 9 | шторм | Ветер сносит лёгкие постройки, валит заборы | 21 - 26 | 74 - 94 |
| 10 | сильный шторм | Деревья вырвываются с корнем, сносятся более прочные постройки | 27 - 31 | 95 - 112 |
| 11 | жёсткий шторм | Ветер производит большие разрушения, валит телеграфные столбы, вагоны и т.д. | 32 - 36 | 115 - 130 |
| 12 | ураган | Ураган разрушает дома, опрокидывает каменные стены | Более 36 | Более 120 |
Сила волнения моря (озера) определяется по следующей таблице (по А.Г.Комовскому):
| Баллы | Признаки |
| 0 | Совершенно гладкая поверхность |
| 1 | Появляется рябь, не оставляющая следов пены |
| 2 | Крупная рябь. Образуются короткие волны. гребни которых начинают разбиваться. Оставляемая пена прозрачна. |
| 3 | Волны становятся длиннее. На поверхности моря появляется белая пена (барашки). Волны производят как бы шелест. |
| 4 | Волны заметно удлинняются. Гребни волн разбиваются с шумом. Появляются многочисленные барашки. |
| 5 | Начинается образование водяных гор. Поверхность моря вся покрыта барашками. |
| 6 | Появляется зыбь. Шум разбивающихся гребней слышен на некотором расстоянии. Появляются полосы из пены в направлении ветра. |
| 7 | Высота и длинна волны заметно увеличиваются. Разбивание гребней напоминает перекаты грома. Белая пена образует плотные полосы в направлении ветра. |
| 8 | Волны образуют высокие горы с длинными и сильно опрокидывающимися гребнями. Гребни перекатываются с грохотом и толчками. Море становится совершенно белым. |
| 9 | Горы волн становятся настолько высокими, что видимые суда на некоторое время совершенно теряются из виду. Перекаты гребней производят оглушительный шум. Ветер начинает срывать гребни волн, и в воздухе появляется водян |
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.
Наиболее известным ветромером является чашечный анемометр.
Чем больше скорость ветра, тем быстрее он вращает чашки.
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.
На аэродромах и возле мостов направление и силу ветра издали показывают
ветроуказатели - открытые с обоих концов большие полотняные полосатые конусы.
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.
