Продолжаю рассказывать о том, как можно организовать с ребенком наблюдения за погодой и природными явлениями и устроить дома или во дворе аналог настоящей метеостанции. , делали, делали, как определить стороны света знаем, звезды на небе находить умеем , давление по определяем. И даже есть где фиксировать все эти наблюдения - в лэпбуке " ". Теперь пришло время серьезно заняться измерением скорости ветра.
Для этого современные метеорологи используют прибор альтмометр . Но наряду с ним продолжает использоваться и другой прибор, в народе называемый "колдун ", который представляет собой конус из ткани. С его помощью определяют силу и направление ветра, например, в аэропортах. И называется он по-научному "ветроуказатель ". Такая живучесть этого простого устройства объясняется тем, что все нужные данные можно определить по нему с одного только взгляда. Куда конус показывает - туда и дует ветер. А то, как сильно провисает ткань, показывает приблизительную скорость ветра. Кроме того, соорудить такой метеорологический прибор очень просто и можно проделать это даже в полевых условиях. Вот мы с детьми и попробовали сделать свой собственный ветроуказатель и испытать его в действии.
Для того, чтобы сделать ветроуказатель понадобиться, во-первых, длинная узкая труба из ткани.
Мы для этой цели использовали полиэтилен. А точнее - пакеты для мусора, у которых просто разрезали дно и склеили их в длинную колбасу друг за другом при помощи скотча. Общая длина получилась около пяти метров.
Во-вторых, потребуется каркас, к которому этот конус крепить. Он не только должен держать входное отверстие трубы всегда в открытом состоянии, но и свободно вращаться на некой оси. Ведь ему надо легко менять свое положение, чтобы показывать направление ветра.
Мы решили эту задачу при помощь проволочного кольца, закрепленного на гвозде. Гвоздь вбит в деревянный столбик так, чтобы кольцо могло свободно вращаться вокруг него. Для этого мы надели на ось ракушку - ее выпуклая сферическая поверхность сводит к минимуму силу трения.
А чтобы точно знать направление ветра, мы сделали розу ветров - крестовину из палочек от мороженного, которую промаркировали и расположили в соответствии со сторонами света.
Вот и все! Ветроуказатель готов! Теперь по нему можно узнавать направление ветра. Только обратите внимание, когда будете снимать показания, что метеорологическим направлением ветра считается направление обратное тому, которое показывает ветроуказатель. То есть в дневнике наблюдений отмечать надо не КУДА дует ветер, а ОТКУДА.
А силу ветра выясняем опытным путем. Замечаем, при какой скорости ветра ветроуказатель полностью надут и находится горизонтально к земле. Это будет максимальная скорость ветра. По стандартам это должно происходить при скорости 28 км/ч, (что соответствует 7,8 м/с, или 15 узлов, или 17 миль в час).
Со штилем понятно.
А дальше вычисляем промежуточные скорости ветра: легкий, слабый, умеренный, сильный. Для того, чтобы было проще это делать, можно использовать таблицу балльности ветра , которую специально нарисовал мой Витя, и которую можно просто распечатать, скачав вот по этой ссылке.
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.
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.