Как найти силу давления ветра

Unit Converter

Enter the surface area of the object and the wind speed into the calculator to determine the wind pressure and wind force.

• All Force Calculators
• Wind Velocity Calculator
• Wind Power Turbine Calculator
• Lift Force Calculator
• Pressure Altitude Calculator
• Sail Force Calculator

Wind Pressure Formula

The following formula is used to calculate the wind pressure and wind force.

• Where F is the wind force (N)
• p is the air density (kg/m^3)
• V is the air velocity (m/s)
• A is the surface area (m^2)

The wind force is also known as the wind load.

The formula can further be reduced to the following:

• Where WP is the wind pressure (Pa)
• p is the air density
• V is the air velocity

Wind Pressure Definition

Wind pressure is defined as the dynamic force per unit area that is acting on an object that is being affected by the movement of air.

Example Problem

How to calculate wind pressure?

1. First, determine the density of air.

   Dry air is estimated to have 1.2 kg/m^3.

2. Next, determine the surface area of the object.

   In this example, the object is a simple sphere with a cross-sectional surface area of 50 m^2.

3. Next, determine the wind speed.

   In this example, the wind velocity is 1.5 m/s.

4. Finally, calculate the wind pressure using the formula above:

   First, the wind force is calculated as:
   F = 1/2*p*V^2*A
   F = 1/2*1.2*1.5^2*50
   F = 67.5 N.
   Then the wind pressure is calculated by dividing the force by area:
   WP = F/A
   WP = 67.5/ 50
   WP = 1.35

План урока:

Давление атмосферы

Ветры

Погода

Климат

Человек и атмосфера

Давление атмосферы

Вы уже знаете, что воздух представляет собой смесь газов, соответственно он очень легкий. Однако он способен давить на поверхность земли и на все предметы, окружающие нас. Поэтому он воздействует и на нас с вами. На 1 см² поверхности земли оказывается давление атмосферы в 1 кг.

Тогда, подсчитав площадь поверхности человеческого тела, приблизительно получим 1,5 м² на которые оказывает давление воздух с силой 15т.

Представьте, что КамАЗ весит как раз 15 тонн и вот если он окажется сверху человека, что произойдет? Конечно, он его раздавит.

Почему же мы его не ощущаем? Оказывается, давление внутри нашего организма такое же, как и воздуха. Отсюда получаем, что внутреннее и внешнее давление как-бы уравновешивают друг друга.

Из всего сказанного вытекает, что давление в атмосфере – это сила, с которой воздух давит на поверхность Земли и все предметы, расположенные на ней.

Возникает вопрос: какое давление в атмосфере и как оно было измерено?

Познакомимся с опытом итальянского ученого Эванджелиста Торричелли, который был проведен 300 лет назад

В результате проведенного опыта была определена величина давления атмосферы равная 760 мм ртутного столба, которую принято считать нормальным. Единицей измерения считается миллиметр ртутного столба – мм рт.ст.

Соответственно, если давление атмосферы будет превышать эту величину, то оно будет считаться высоким, если же наоборот, то низким.

Для измерения данного показателя используют различные виды барометров:

1. Ртутный барометр атмосферного давления считается самым точным и был изобретен Торричелли.

1. Для измерения атмосферного давления могут использоваться барометром-анероидом. В отличие от предыдущего он является безжидкостным, то есть не содержат ртути. Им удобно пользоваться в полевых условиях. Он состоит из металлической коробочки, из которой выкачан воздух. При увеличении атмосферного давления дно коробочки сдавливается, а при уменьшении – изгибается. Эти изменения передаются на стрелку, которая перемещается по круговой шкале, разделенной на миллиметры. Именно по стрелке определяются показания барометра.

1. Для записи атмосферного давления в течение определенного периода времени применяются самопишущие барометры-барографы.

Барометр-барограф Источник

Изменение атмосферного давления осуществляется в зависимости от различных факторов. Познакомимся с самыми основными.

1. Рельеф земного шара влияет на давление воздуха, с высотой происходит его изменение в сторону уменьшения.

Изменение давления воздуха с высотой можно изобразить на графике.

1. С изменением температуры воздуха меняется и давление. В областях с теплым климатом воздух становится легче, поднимается вверх, поэтому у поверхности Земли давление понижается. На территориях с холодным климатом воздух становится тяжелее, опускается вниз, давление там увеличивается.

Распределение атмосферного давления на поверхности Земли изображается на картах с помощью изобар.

Изобары – линии, соединяющие места с одинаковым атмосферным давлением.

В распределении давления, также как и температуры, прослеживается зональность. Принято выделять несколько поясов преобладания низкого и высокого давления.

Ветры

Атмосфера не находится в спокойном состоянии, она постоянно пребывает в движении. Перемещение воздуха происходит из-за неравномерного распределения давления по поверхности планеты. В предыдущем пункте мы узнали, что существуют места с низким и высоким давлением. А воздух имеет свойство перемещаться из области с высоким давлением в область с низким давлением. Такое движение воздуха получило название ветер.

Для определения погоды какого-либо места необходимо уметь определять направление и скорость ветра.

Направление ветра определяют по сторонам горизонта – откуда дует, такое и название. Например, северный ветер дует с севера. Наглядное представление о преобладании ветров различных направлений в данном пункте за определенный промежуток времени дает диаграмма «роза ветров».

По диаграмме розы ветров можно определять преобладающее направление ветра в каком-либо месяце. Например, на рисунке изображена диаграмма направлений ветров января. Какое направление ветра было преобладающим в этом месяце? Больше всего дней приходится на юго-восточное направление – 7 дней.

Направление ветра можно отражать не только с помощью диаграммы розы ветров, но и на карте. Причем, на карте можно отразить направление ветра за год и отдельно по месяцам. Например, на климатической карте России изображен стрелками курс ветра в январе и июле, чего нельзя показать на диаграмме роза ветров.

Климатическая карта России

Немаловажное значение для определения погодных условий имеет и скорость ветра. Скорость ветра измеряется в метрах в секунду (м/с). Зависит от разницы давления, которая образуется между областью высокого и низкого давления. Тогда скорость ветра определяется относительно этой разницы – если она мала, то ветер слабый, и наоборот.

Например, на первом рисунке разница давления составляет 40 мм рт.ст., на втором рисунке – 60 мм рт. ст. Скорость ветра на втором рисунке будет больше, чем на первом.

Помимо этого от средней скорости ветра зависит и его сила. Соответственно, чем выше скорость, тем больше будет и сила ветра. Оценку дают по специальной шкале, в которой каждому баллу соответствует определенная скорость ветра. Например, сила ветра равна 3 балла, то скорость будет составлять 4-5м/с.

Направление и скорость ветра определяют при помощи прибора, получившего название флюгер, познакомимся с ним на картинке.

Измерение скорости ветра производят прибором – анемометром. На вершине анемометра есть вертушка, к которой прикреплены чашки, поэтому его часто называют чашечным. Познакомимся с устройством и принципом действия прибора.

В атмосфере существует несколько типов ветров, различающихся по направлению, месту образования и продолжительности.

Постоянные ветры в течение года не меняют свое направление. Они дуют из пояса высокого давления в пояс низкого давления. Это хорошо прослеживается на рисунке.

В экваториальном поясе характерно низкое давление, около 30⁰ широт – высокое. Поэтому здесь образуются ветры, получившие название пассаты. Направляются они от 30⁰ к 0⁰ в течение всего года. В умеренных широтах формируются западные ветры. У полюсов формируются северо-восточные и юго-восточные ветры.

К сезонным ветрам относятся муссоны, которые меняют свое направление по сезонам года. Так же как и пассаты, муссоны можно наблюдать в тропиках.

Причина образования данных ветров – разница давления воздуха вследствие неравномерного нагревания суши и воды. Суша нагревается быстрее и охлаждается быстро, а вода нагревается медленно и остывает медленно. Поэтому летом суша прогревается сильнее и над ней образуется область низкого давления, а над океаном – высокого. Ветер дует с океана на сушу. Зимой наоборот.

Помимо постоянных и сезонных ветров, существуют еще и местные. Такое название они приобрели, потому что характерны только для небольших территорий. Одним из видов местных ветров считается бриз.

Бриз очень похож на муссон, однако данный ветер изменяет направление 2 раза в сутки. Формируется на побережьях морей и больших озер. Морской бриз дует днем с моря на сушу, а ночью наоборот.

Для территории России характерно очень много различных видов местных ветров. Так, на озере Байкал формируется баргузин, а у берегов Черного моря и у острова Новая Земля формируется ветер, получивший название бора.

Значение ветра в жизни человека огромное. С океанов он приносит на сушу осадки, которые необходимы растениям. Силу ветра люди используют для получения электроэнергии. Для этого изобретены специальные ветродвигатели, которые устанавливают на ветровых электростанциях.

Ветровая электростанция 

Однако ветер может наносить и значительный урон. Сильные ветра могут вызывать пыльные бури, ураганы, которые вызывают значительные разрушения. Самые известные по своей разрушительной силе – торнадо или смерч. Такие ветры могут достигать скорости до 1000 км/ч. Чаще всего образуются в Северной Америке.

Смерч 

Погода

Каждый из нас слышал такое слово как «погода». Перед тем, как выйти из дома мы интересуемся, какая погода нас сегодня ожидает. От этого зависит, какую одежду мы сегодня наденем, как спланируем наш день, и даже на наше самочувствие влияет погода.

Погода – это совокупность процессов, происходящих в атмосфере в данное время в данной местности. Можно выделить несколько элементов погоды.

Слежение за погодой и основными элементами ведется на метеорологических станциях. Поэтому элементы погоды часто называют метеорологическими.

Погода очень изменчива, она меняется несколько раз в течение суток. Какие элементы погоды меняются чаще всего? Прежде всего, это температура, от изменения которой зависит все состояние нижних слоев воздуха. Если она повышается, то увеличивается влажность и уменьшается давление. Соответственно все элементы погоды взаимосвязаны между собой.

На изменение погоды оказывает влияние передвижение воздуха с одной местности в другую. Поэтому весь объем воздуха разделен на отдельные воздушные массы. Свойства воздушных масс зависят от той области, где они сформировались. По месту образования различают 4 типа воздушных масс.

Воздушные массы непрерывно пребывают в движении, а их смена приводит к изменению погоды.

В любом государстве имеется служба погоды. В России таким центром считается Гидрометцентр, расположенный в городе Москва. Метеорологические станции разбросаны по всей планете, работают они по определенной программе и методике. Результаты наблюдений систематически передаются в мировые и региональные метеорологические центры. Здесь все данные за сутки наносятся на синоптические карты, которые иначе называются карты погоды.

Синоптическая карта России 

Синоптики по данным ежедневных синоптических карт предсказывают или дают прогноз погоды на день или месяц.

Общий прогноз погоды можно узнать из средств массовой информации или из интернета.

Прогноз погоды в Москве 

Для некоторых типов деятельности требуется точный прогноз погоды. К примеру, полет самолетов и других средств авиации осуществляется при более полных данных – толщина облаков, видимость, наличие тумана и другие.

Полет самолета в условиях плохой видимости

Климат

Совокупность метеорологических условий, типичных определенному месту, получило название климата. Характерными чертами климата являются постоянство и устойчивость. Климат определяется многими факторами: рельефом, воздушными массами, течениями, положением по отношению к морю. Самым основным фактором считается объем солнечной энергии, прибывающей на определенную местность.

На Земле выделяют несколько климатических поясов, совпадающих с тепловыми поясами. Познакомимся с климатическими поясами на карте.

Климатические пояса и области Земли 

По данным картам можно определить климатические пояса для любой области Земли. Например, для России характерны арктический, субарктический и умеренный климатические пояса. Материк Австралия считается самым маленьким, поэтому здесь протянулись всего три климатических пояса: субэкваториальный, тропический и субтропический.

Территория одного климатического пояса не всегда имеет одинаковые природные условия. Здесь выделяют области с определенным типом климата, часто это континентальный и морской.

Познакомимся с характеристикой климатических поясов, используя таблицу.

Для отображения климата применяют сведения многолетних наблюдений, используемых для оформления климатических карт. Рассмотрим климатическую карту России.

Используя эту климатическую карту можно узнать средние данные, также наибольшую и наименьшую температуру. Климатическая карта отражает господствующие воздушные массы, количество осадков и тип климата.

Человек и атмосфера

Воздушная оболочка имеет очень большое значение для человека. Она защищает все живое на планете от воздействия ультрафиолетовых лучей. Предохраняет от чрезмерного перегревания и охлаждения. Все явления, происходящие в атмосфере, влияют на жизнь и деятельность человека. Однако это влияние не всегда положительное. Некоторые явления наносят значительный ущерб хозяйственной деятельности человека.

При недостатке осадков и высокой температуре воздуха часто возникает сильнейшая засуха.

Гибель урожая при засухе 

Суть этого явления проявляется в уменьшении запасов влаги в почве, и поэтому засуха приводит к гибели урожая. На Земле почти ¼ суши подвержены засухе, из-за чего в засушливых районах гибнут растения, животные и люди.

Следствием засухи часто бывают пыльные бури, которые поднимают верхние слои почвы и тем самым уничтожают плодородный слой.

Пыльная буря

Самым разрушительным природным явлением считаются ураганы. Они сметают все на своем пути, достигая до 120 м/с. Такое явление как ураган представляет собой мощный атмосферный вихрь, который часто формируется над океанами.

Погодное явление – ураган 

Многие из нас наблюдали очень интересное и довольно опасное атмосферное явление – грозу. Сопровождается оно молнией и громом.

Гроза – явление природы 

Не менее опасно природное явление именуемое гололедом. Зимой, когда наступает оттепель, а затем опять мороз, образуется тонкий слой льда на дороге. Из-за этого явления часто бывают автомобильные катастрофы, во время гололеда люди могут получить травмы, поскользнувшись на дороге.

Гололед 

Человек также проявляет существенное влияние на атмосферу. В результате хозяйственной деятельности человека происходит загрязнение атмосферы.

Существует несколько основных источников загрязнения атмосферы.

Из схемы видно, что существуют естественные источники загрязнения атмосферы, не связанные с деятельностью человека. Они влияют на состав воздуха, однако самыми опасными считаются антропогенные источники загрязнения атмосферы.

Например, от выбросов промышленных предприятий увеличивается содержание химических веществ в воздухе. Здесь они соединяются с каплями воды и образуются кислотные дожди, которые выпадая на землю, приводят к гибели растений и животных.

Источниками химического загрязнения атмосферы считаются также автотранспорт и промышленные предприятия, из-за которых в воздух попадают тяжелые металлы и различные газы. При горении топлива выбрасывается большое количество углекислого газа, которое не успевают поглощать растения.

Для уменьшения выбросов вредных веществ в атмосферу необходимо устранить источники загрязнения или построить очистные сооружения. В настоящее время применяются меры к строительству очистных сооружений и внедрению безотходных производств, уменьшающих выбросы вредных веществ.

Давление ветра , также энергия ветров , является вычислительным давлением в строительной отрасли , которая используется при расчете ветровых нагрузок на объект г. Б. Здание используется. Это результат умножения динамического давления на коэффициенты аэродинамического давления. Сила, действующая на объект, получается из давления ветра, умноженного на эталонную площадь. В мореплавании давление ветра используется для определения силы, оказываемой ветром на поверхность (особенно на парус ). Давление ветра увеличивается пропорционально квадрату скорости ветра.

Это динамическое давление , в отличие от давления воздуха , которое является статическим давлением .

определение

Следующее относится к ветровому давлению и ветровой нагрузке :

    (в Н / м ² )

а также

   (в N )

или

    а также    

с участием

= Контрольная площадь в м ²

= Коэффициент давления (безразмерный)

= Скорость ветра в м / с

= Плотность воздуха в кг / м ³

Плотность воздуха при среднем давлении на уровне моря 1013,25 гПа = Bar = 760 мм рт.ст. = мм ртутного столба составляет 1,293 кг / м ³ при 0 ° C и 1,204 кг / м ³ при 20 ° С .

Образец таблицы

Сила или давление на площадь вертикального потока 1 м ² с c _p = 1 при различных значениях силы ветра. Верхние значения скорости ветра указаны в пределах каждого шага шкалы Бофорта .

Давление ветра на участке с c _p = 1
при 20 ° C на уровне моря

Сила ветра в Бофорте	Скорость ветра	Давление ветра в Н / м 2
РС	км / ч
0	0,2	0,7	0,03
до 1	1.5	5,4	1.4
до 2	3.3	11,9	6,6
до 3	5,4	19,4	17,6
до 4	7.9	28,4	37,6
до 5	10,7	38,5	68,9
до 6	13,8	49,7	114,6
до 7	17,1	61,6	176
до 8	20,7	74,5	258
до 9	24,7	88,9	367

Смотри тоже

• Всасывание ветра

веб ссылки

• http://www.iag.uni-stuttgart.de/IAG/institut/arbeitsgebiete.html
• http://www.sofistik.de/uploads/tx_dpsofistikexamples/v05_schroeter_wind.pdf
• http://fgt.ieb.kit.edu/downloads/Statik_und_Festigkeitslehre_4_Vorlesung_WS_1011.pdf
• Давление ветра в органном здании

Каким бы невесомым ни казался нам воздух, он оказывает давление на земную поверхность. Оно постоянно изменяется, что приводит к возникновению ветров.

Атмосферное давление

Воздух имеет определённый вес. Он оказывает на земную поверхность давление в среднем 1 килограмм 33 грамма на каждый квадратный сантиметр. Холодный воздух тяжелее тёплого и поэтому давит на поверхность сильнее. Солнце нагревает земную поверхность неравномерно, из-за этого неравномерно нагревается и воздух. В связи с этим на поверхности образуются области с более высоким и более низким атмосферным давлением. Они последовательно сменяют друг друга от экватора к полюсам.

Традиционно давление воздуха измеряют ртутным барометром. Показателем давления служит высота ртутного столба, которая измеряется в миллиметрах (мм рт. ст.). Среднее давление на уровне моря при температуре О С составляет 760 мм рт. ст. Эта величина принимается за нормальное атмосферное давление. Па географических картах для изображения величины давления используют способ особых изолиний — изобар. Области высокого давления, окружённые изобарами, обозначают буквой — В, а низкого — Н.

Ветер

Неравномерное распределение атмосферной) давления у земной поверхности — основная причина возникновения горизонтального перемещения воздуха — ветра. Ветер всегда дует из областей с высоким давлением в области с низким давлением и характеризуется направлением, скоростью и силой. Направление ветра определяют по той стороне горизонта, откуда он дует. Например, северо-восточный ветер дует с северо-востока на юго-запад. Для изображения направления ветров на карте используются стрелки.

О направлении господствующих ветров в данной местности можно судить по специальному графику — розе ветров. На нём отмечается число дней, в течение которых дул ветер того или иного направления. Роза ветров может быть построена на день, месяц или год. Скорость ветра измеряется в метрах в секунду (м/с) и зависит от разницы в давлении между областями повышенного и пониженного давления. Сила ветра зависит от его скорости и определяется по шкале Бофорта от 0 до 12 баллов.

Постоянные ветры

Постоянные ветры образуются вследствие существования на Земле поясов повышенного и пониженного атмосферного давления. От 30-х широт, где сформировались пояса высокого давления, к экватору — в сторону пояса низкого давления дуют пассаты. Из областей высокого давления 30-х широт в области пониженного давления в умеренных широтах дуют постоянные ветры западного переноса. В полярных широтах господствуют полярные восточные ветры.

Благодаря осевому вращению Земли ветры отклоняются от своего первоначального направления в Северном полушарии вправо, в Южном — влево. Например, южные ветры приобретают в Северном полушарии юго-западное направление, а в Южном полушарии юго-восточное.

Сезонные ветры

Сезонные ветры возникают в определённые сезоны года. К ним относят муссоны — ветры, возникающие на границе суши и моря и дважды в год меняющие своё направление на противоположное. Причина их возникновения — неравномерность нагревания и охлаждения воды и суши и, как следствие, сезонная смена давления.

Суточные ветры

Разница в нагревании и охлаждении суши и океанов проявляется не только в разные сезоны года, но и в различное время суток. Поэтому на границе суши с морем или озером в течение суток идёт образование бризов.

Значение ветров

Венгры могут изменять погоду, перенося огромные массы тёплого или холодного воздуха, облака, а вместе с ними и осадки. Именно ветер переносит влажный воздух океанов на материки. В ветреную погоду в городах легче дышится, так как ветер уносит загрязнённый воздух. Ветры, дующие над морями и океанами, порождают волны и течения. На участках суши, лишённых растительности, ветер может выдувать горные породы, вызывать пыльные бури и эрозию почв. Ветры, дующие постоянно в одном и том же направлении, всегда были морякам верными помощниками, наполняя паруса и подгоняя корабли. Люди издавна использовали энергию ветра и строили ветряные мельницы. Сегодня в ряде районов действуют ветровые электростанции, которые превращают силу ветра в электричество.