Contenu
- D'où vient le vent?
- La physique de l'énergie éolienne
- Types d'anémomètre
- Comment fonctionnent les anémomètres
- Autres utilisations d'anémomètre: Sports
Bien que quelque chose d'un mot maladroit, anémomètre fait référence à un instrument simple mais étonnamment polyvalent, utilisé dans les stations météorologiques les plus élémentaires du monde. La traduction du grec est simple: "anem-" est la racine de "vent" et "mètre" signifie (en termes généraux, pas en tant que quantité) "mesure".
Lorsque vous pensez au mot "météo" lui-même, à moins de vivre dans l’espace, l’un des premiers mots ou images sensorielles qui vous vient à l’esprit est presque sûrement vent, Un phénomène qui peut causer des dégâts catastrophiques fait pourtant partie intégrante de l'expérience de presque tout le monde, si l'on veut se fier à des quantités de poésie et de littérature explorant la portée de ce phénomène.
Pour des raisons de sécurité, de planification des loisirs et de curiosité, connaissant la vitesse du temps à tout moment - ou du moins la direction dans laquelle il souffle - si, pour une raison quelconque, vous ne pouvez pas le détecter avec vos propres sens - dans votre région, ou dans un endroit où vous avez l’intention de vous rendre bientôt, est en effet une information utile. De nombreux types d'anémomètre sont disponibles à cet effet, certains s'appuyant sur des méthodes particulièrement intelligentes pour mesurer indirectement la vitesse du vent.
D'où vient le vent?
Un jeune enfant a raconté que la Terre tournait autour de 1 000 milles à l'heure à son équateur et à environ 800 milles à l'heure à une latitude de 40 degrés (à peu près au centre de la majorité de la population américaine), pourrait supposer que le vent vient du simple coup de fouet autour d'un objet à des vitesses apparemment impossibles. Bien que cela ait un sens intuitif, l’image réelle est beaucoup plus complexe, mais offre également de précieux enseignements pour les phénomènes météorologiques liés au vent, mais indépendants de celui-ci.
Le soleil est la source d'énergie ultime pour de nombreux processus sur Terre, et le vent ne fait pas exception. Le vent provient principalement de différentes parties de la surface de la Terre et absorbe différentes quantités de chaleur du soleil. Cette énergie est exprimée en vent à travers convection, le transfert de chaleur par le mouvement dans un fluide. L'air plus chaud a tendance à augmenter pendant que l'air plus froid descend, créant des échanges d'air en rotation continue entre des régions d'air adjacentes de températures différentes.
Le vent circule dans le monde entier dans des "ruisseaux" bien connus qui ressemblent à des fleuves d'air célèbres: des jets, des alizés, des jets polaires. Les vents sont classés en fonction de leurs sources d'origine spécifiques comme suit: vents géostrophiques, vents thermiques ou vents graduels.
La physique de l'énergie éolienne
Comme l'air a une masse, il est donc possible de calculer l'énergie cinétique de l'air en mouvement comme n'importe quel autre objet. L'équation pour énergie cinétique est KE = (1/2) mv2 où v = vitesse. (La vitesse du vent est rarement constante pendant longtemps, aussi la moyenne de la vitesse du vent est-elle calculée sur de courtes périodes afin de générer des données significatives.)
La masse d’un volume d’air donné est sa densité multipliée par son volume, ou ρV. Mais avec le vent Puissance, ou énergie par unité de temps, la variable d'intérêt est "le flux de masse du vent", ou la quantité d'air qui traverse la section A de la turbine (souvent un cercle). le équation pour l'énergie éolienne se révèle être
Pw = (1/2) ρAv3,
ce qui signifie que la puissance augmente avec le cube de vitesse du vent. Cela signifie qu'un vent de 30 MPH fournit 103 = un millier de fois autant de puissance qu'un vent de 10 MPH!
(1 mi / h) = (mi / 1 609 m) (3600 s / h) = 0,447 m / s.
Types d'anémomètre
Vous savez déjà ce qu’est un anémomètre. Mais au niveau granulaire, quels types d'appareils permettent de mesurer la vitesse du vent?
Parfois, la direction du vent est la principale préoccupation, la vitesse étant moins importante. En gardant cela à l’esprit, les aéroports ont des manches à vent qui en disent long sur les conditions météorologiques imminentes. Par exemple, un vent du nord-ouest (un vent de nord-ouest) signifie généralement un temps plus frais et plus sec, alors qu'un vent de sud-est apporte souvent un air plus chaud et plus humide.
Comment fonctionnent les anémomètres
le coupe et hélice le type d'anémomètre est, comme indiqué, le type le plus courant; fortuitement, son fonctionnement est facile à expliquer. Lorsque le vent fait tourner le bras de l'hélice, les ventelles "captant" le vent tournent dans un cercle de rayon connu (2 fois π fois la longueur du bras de l'hélice ou de la circonférence) à une heure connue, comme les spins de la tige centrale est comptée. La distance totale (tours fois la circonférence) divisée par le temps est la vitesse du vent.
D'autres types d'anémomètres déterminent la vitesse du vent de manière plus complexe. UNE anémomètre à fil chaud utilise le fait que lorsque l'air passe sur un objet chauffé à une température supérieure à celle de l'air, l'objet est refroidi à mesure que la chaleur est éliminée par convection.
Dans un anémomètre à fil chaud, un fil métallique qui a été chauffé électriquement est exposé au vent, tandis que la puissance est augmentée ou diminuée pour maintenir la température à la pointe du fil constante.Ainsi, plus la vitesse du vent est élevée, plus il faut de puissance pour maintenir l’équilibre thermique.
Mesure de la pression atmosphérique - elle-même mesurée par un instrument appelé baromètre - peut également être utilisé pour calculer la vitesse du vent. Un anémomètre à tube, par exemple, mesure la pression de l'air dans un tube en verre ouvert uniquement à une extrémité. La vitesse du vent peut être calculée à partir de la différence de pression entre l'intérieur du tube et l'extérieur.
Autres utilisations d'anémomètre: Sports
Dans les épreuves de compétitions internationales en plein air sur piste, où les coureurs se déplacent dans une direction nette, le vent peut aider (ou entraver) les compétiteurs et produire des temps supérieurs. Pour cette raison, un anémomètre est placé au sol lors de ces événements. La vitesse maximale nette du vent dans la direction des coureurs pour l'établissement de nouveaux records est de 2,0 m / s. Par conséquent, si l'indicateur de vent indique une valeur supérieure à cette valeur à tout moment de la course, la marque n'est pas admissible aux fins de l'enregistrement.
Dans une section précédente, vous savez que la vitesse du vent en miles par heure est un peu plus du double de sa valeur en m / s. Ainsi, un vent de 5 mph, qui serait considéré comme assez modeste selon les normes de tous les jours, est suffisant pour donner un coup de fouet suffisant pour rendre une marque hors du domaine des "véritables" réalisations humaines. Lorsque vous terminez à peine 0,01 seconde plus rapide que n’importe quelle course dans une course d’une durée inférieure à 10 secondes, chaque facteur est déterminant. Maintenant, imaginez une piste sans équipement de chronométrage moderne, sans parler des anémomètres!