Messen Windgeschwindigkeit mit Ihrem eigenen Windmesser - Scientific American
Schlüssel Konzepte
Atmosphäre
Umwelt
Geschwindigkeit
Wetter
Wind
Einführung
Haben Sie sich jemals gefragt, wie Wind gemacht wird? Wind wird durch einen Unterschied im Luftdruck verursacht. Luft bewegt sich von Bereichen höheren Drucks zu Orten, wo es weniger Druck ist. Und so wie die Luft aus dem Hochdruck im Innern eines aufgeblasenen Ballons fließt, wenn die Öffnung nicht gebunden ist, Luft in der Atmosphäre wird auf einen niedrigeren Druckbereich bewegen, Wind zu schaffen. Die Geschwindigkeit dieses Wind kann ein Werkzeug gemessen wird ein Anemometer bezeichnet.
Ein Anemometer sieht aus wie eine Wetterfahne, sondern von Mess in welche Richtung der Wind mit Zeigern weht, hat es vier Tassen, so dass sie genaue Windgeschwindigkeit messen können. Jede Tasse ist mit dem Ende eines horizontalen Armes angebracht ist, von denen jeder auf einer zentralen Achse angebracht ist, wie Speichen eines Rades. Wenn Wind in die Becher schiebt, drehen sie die Achse. Je schneller der Wind, desto schneller werden die Schalen drehen die Achse. Wie schnell wird Ihre selbst gemachten Anemometer wirbeln?
Hintergrund
Die Luft wird aus winzigen Molekülen. Wenn Moleküle erhitzt werden, bewegen sie sich schneller. Folglich wird, wenn Luft erwärmt wird, bewegen sich seine Moleküle schneller und weiter voneinander beabstandet werden, was die Luft weniger dicht macht (was bedeutet, dass es weniger Moleküle in einem bestimmten Volumen sind). Dies bedeutet auch, dass die Luft einen geringeren Gesamtdruck hat. Im Vergleich dazu wird kalte Luft von dichtem gepackten Molekülen, und so ist es dichter und hat relativ höheren Druck.
Da Luftdrücke sind geneigt auszuzubalancieren, wenn es ein Bereich von relativ niedrigem Luftdruck ist, in der Umgebungsluft in höheren Druckbereichen bewegt. Diese Bewegung von Luft von einem höheren Druckbereich auf einen relativ niedrigeren Druckbereich ist, was Wind erzeugt. Wenn Wind die Tassen auf dem Anemometer drückt, drehen sie um die Mittelachse. Wie schnell die Schalen drehen kann in Umdrehungen pro Minute (rpm), oder wie oft eine Tasse kehrt in die Position gemessen werden, wo sie in einer Minute gestartet. Folglich wird schneller Wind in einer höheren Drehzahl führen, als eine langsamere Luftbewegung.
Materialien
- Fünf Drei Unze Pappbecher (wie Dixie Cups)
- Papier Locher oder gespitzten Bleistift
- Herrscher
- zwei Strohhalme
- Stift
- Hefter
- Bleistift mit Radiergummi
- Lüfter mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten (optional)
- Timer (optional)
Vorbereitung
- Bereiten vier Becher auf diese Weise: Lochen ein Loch in der Seite jeder Tasse, etwa einen halben Zoll unter dem Rand.
- Zum fünften Tasse, stanzen vier gleichmäßig beabstandete Löcher in seinen Seiten, etwa ein Viertel Zoll unter dem Rand. Auch ein Loch in der Mitte des unteren stanzen.
Verfahren
- Nehmen Sie einen Einloch-Cup und schiebt einen Strohhalm durch das Loch, bis etwa ein Zoll von dem Stroh in der Tasse ist. Achten Sie darauf, das Stroh ist horizontal und heften sie an der Seite des Bechers. Wiederholen Sie diesen Vorgang mit einem anderen Single-Loch-Cup und Stroh.
- Schieben des leere Endes jeden Stroh in einen der Seitenlöcher in dem Fünf-Loch-Cup und aus dem einen gegenüber. Drehen Sie die Tassen so dass sie die gleiche Richtung zeigen. Warum denken Sie, die Becher sollten die gleiche Richtung zeigen?
- Schieben der leeren Ende jeden Stroh aus der fünften Tasse in die beiden anderen Einzellochbecher, bis etwa ein Zoll des Strohs vorragenden ist innerhalb jeder Tasse. Drehen Sie die neuen Schalen, so dass alle Böden der Becher die gleiche Richtung weisen. Staple die Enden der Halme auf der Seite jeder Tasse, wie Sie für die ersten zwei Tassen tat.
- Nachdem sichergestellt alle Tassen sind etwa im gleichen Abstand von der Mitte des Fünf-Loch-Schals drückt vorsichtig den Stift durch die zwei Strohhalme, wo sie sich kreuzen, in der Mitte des Fünf-Loch-Cups. Seien Sie vorsichtig, wenn Sie den scharfen Stift Handhabung. Warum denken Sie, es wichtig ist, das ist etwas so klein wie ein Stift zu benutzen?
- Drücken Sie den Stift durch das Loch in der Unterseite des Fünf-Loch-Cup, Radierer-Ende zuerst, bis sie die Halme erreicht. Drücken Sie vorsichtig den Stift in den Radiergummi.
- Das Anemometer ist nun bereit, Windgeschwindigkeiten zu messen. Beim Hinsetzen, versuchen Sie sehr vorsichtig gerade in eine der vier offenen Schalen für einige Sekunden bläst, dann härter blasen. Wie haben bläst härter ändern, wie das Anemometer dreht? (Wenn Sie Benommenheit oder Schwindel verursachen, stoppen und eine Verschnaufpause.)
- Extra. Wenn Sie ein Fan haben, die sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten dreht, halten Sie die Anemometer vor dem Ventilator und zählen die Anzahl der Male eine Tasse vollständig für 15 Sekunden dreht sich um, dann von vier diesen Wert multiplizieren. Diese Zahl wird in Umdrehungen pro Minute (rpm) sein. Wiederholen Sie diesen Vorgang, während der Lüfter im gleichen Abstand zu halten, sondern ändert seine Geschwindigkeit. Wie hat sie die Drehzahl, wenn Sie das Anemometer vor dem Ventilator mit einer langsamen Geschwindigkeit im Vergleich zu einer schnelleren Geschwindigkeit gehalten? Verglichen mit der schnelleren Geschwindigkeit, denken Sie, die Drehzahl größer sein würde, wenn Sie Ihren Anemometer draußen auf einen sehr windigen Tag verwendet?
- Warum denken Sie, ein schneller Wind schneller das Anemometer Spin macht?
- Extra. Was ist die Geschwindigkeit des Windes draußen? Sie können Ihre Anemometer außerhalb an einem windigen Tag oder über mehrere Tage, um die Windgeschwindigkeit zu messen. Sie können auch Ihre Anemometer zu verschiedenen Orten, wie zum Beispiel ein offenes Feld, einen schmalen Durchgang, einem Strand am Meer oder einem großen See nehmen, wenn Sie in der Nähe von einem leben, zu messen und die Windgeschwindigkeit in diesen Orten zu vergleichen. Was ist der windigsten Ort? Warum denken Sie, es so windig ist?
- Extra. Was ist die tatsächliche Windgeschwindigkeit in Meilen pro Stunde (mph), dass Sie messen? Um dies zu bestimmen, berechnen zunächst den Umfang des Kreises durch die rotierenden Becher von dem Abstand um den Kreis messen, die sie (mit einem Maßband oder ein Stück Schnur können Sie mit einem Lineal messen) zu machen. Dann wandelt diese in Meilen durch die Anzahl des Zolls von 12 Teilungs Füße zu bekommen und dann diese Zahl durch 5280 dividiert (die Anzahl der Füße in einer Meile). Multiplizieren Sie diese Zahl von Umdrehungen pro Minute. Schließlich teilen Sie Ihr Produkt von 60 (bis Minuten bis Stunden zu konvertieren) und Sie erhalten eine Annäherung der Geschwindigkeit haben, bei der das Anemometer (in Meilen pro Stunde) dreht, obwohl diese Reibung findet nicht in Rechnung zu tragen.
Beobachtungen und Ergebnisse
Können Sie rund um Wind macht die Tassen auf der Anemometer Spritztour sehen? Haben die schnellen Winde machen die Anemometerschalen schneller drehen im Vergleich zu den langsameren Winden?
Da Luft aus winzigen Molekülen besteht, wenn der Wind etwas trifft es alle diese Moleküle, die das Objekt schlagen. Aus diesem Grund, wenn wir Wind fühlen wir wirklich diese Moleküle treffen uns fühlen. Ein schneller Wind trifft uns härter, und bewegt sich auch die Tassen auf dem Anemometer mehr, verglichen mit einem langsamen Wind, weil der schnelle Wind die Moleküle mit einer schnelleren Geschwindigkeit bewegt. Folglich wird in der gleichen Menge an Zeit, ein schneller Wind trifft ein Objekt mit mehreren Molekülen als ein langsamer Wind tut.