Как найти скорость против ветра

When talking about wind, many different images may come to mind. Wind takes many forms, from a balmy kite-flying summer breeze to a roof-ripping hurricane. An anemometer measures wind speed, but how does the speed of the wind translate into force?

Force, Wind and Pressure

Force, generally defined as a push or pull, can be calculated using the formula force equals mass times acceleration (F = ma). Wind also pushes and pulls, generally with greater force when moving faster. Pressure equals force divided by area. Essentially, wind applies force against an area like a wall, a roof or a person.

Measuring Wind

Anemometers measure wind. Although different types of anemometers exist, the one that’s most commonly used turns with the wind. The rate of turns translates into wind speed and wind pressure. Because wind speed fluctuates, an average number of turns over a short time is used to calculate wind speed. Wind speed most commonly will be reported in miles per hour (mph), kilometers per hour (kph) or Beaufort scale, but it may also be reported as knots, feet per second (f/s) or meters per second (m/s). Several online programs will convert wind speed from one unit to another.

Calculating Force Based on Wind Speed

Calculating the force of wind requires the mass of air and acceleration of wind. The average density of a mass of air at sea level equals approximately 1.229 kilograms per cubic meter. The area the wind hits is measured, in this case, in square meters. The mass of air hitting a surface then equals air density times area. The acceleration (a) equals the square of the wind speed in meters per second (m/s).

Use the formula force (F) equals mass (m) times acceleration (a) to calculate the force in Newtons (N). One Newton equals one kilogram-meter per second squared (kg-m/s²).

Be sure to use the matching units. In this calculation, the average air density at sea level equals 1.229 kilograms per cubic meter (kg/m³). The area of air impact equals 1 square meter. To calculate the force of a 5-mile-per-hour wind, first convert the wind speed to meters per second. Using an online converter shows that 5 mph equals 2.24 m/s.

Filling in the formula force equals air mass (A_m) times wind speed squared:

F=A_mtimesd a^2

gives this calculation:

F = (1text{ m}^2) times (1.229text{ kg/m}^3) times (2.24text{ m/s})^2=6.17text{ N}

Completing the math shows that F = 6.17 kg-m/s² or 6.17 N. So, a breeze of 5 miles per hour would have just enough force to lift a standard kite.

Как определить скорость ветра

Скорость ветра можно определить при помощи шкалы Бофорта, разработанной в 1806 году. Процесс определения заключается в визуальном рассмотрении взаимодействия ветра с различными предметами на суше и в море.

Инструкция

Для определения скорости ветра, обозначающей штиль и достигающей 1 км/ч, вы должны отметить, что листья на деревьях остаются неподвижными, а дым поднимается строго вертикально. На море штилю соответствует зеркальная гладь и полное отсутствие волнения.

Определите, есть ли отклонения дыма от вертикального направления и остаются ли неподвижными листья деревьев. В это же время на море присутствует легкая рябь, а высота волн колеблется в пределах 10 см. Если это так, то скорость ветра составляет от 2 до 5 км/ч и соответствует 1 баллу по шкале Бофорта. Такой ветер называется тихим.

Когда ветер слабо колышет листья деревьев, немного поворачивает флюгера и ощущается лицом, это обозначает, что его скорость достигает от 6 до 11 км/ч. На море легкому ветру соответствует появление коротких волн и стекловидных гребней.

Для того чтобы определить слабый ветер, равный 3 баллам по шкале Бофорта, посмотрите, качаются ли тонкие ветки и опадает ли дым, выходящий из верхушки трубы. На море при таком ветре присутствует легкое волнение, пенистые гребни и небольшие белые барашки. Скорость слабого ветра колеблется от 12 до 19 км/ч.

Если ветер умеренный, вы заметите, что пыль поднимается от земли, дым растворяется в воздухе, а ветки средней величины активно колеблются. Волны на море достигают 1,5 метра в высоту. Умеренному ветру соответствует скорость от 20 до 28 км/ч.

Для определения скорости, равной 5 баллам по шкале Бофорта, отметьте, что ветер чувствуется руками и свистит в ушах, тонкие стволы деревьев качаются. Море неспокойное, с большим количеством белых барашков, а высота волн доходит до 2 метров. Такой ветер называется свежим, и его скорость может достигать 38 км/ч.

При сильном ветре вы увидите, что тонкие стволы деревьев гнутся, и услышите гудение телеграфных проводов. На море появятся волны, поднимающиеся до 3 метров, водная пыль и большие гребни. Сильному ветру соответствует скорость от 39 до 49 км/ч.

Большие ветки гнутся к земле, а идти против ветра становится тяжело – это означает, что его скорость достигает от 50 до 61 км/ч. На море присутствует сильное волнение, пена срывается с гребней волн и стелется по ветру. Такой ветер соответствует 8 баллам по шкале Бофорта и называется крепким.

При очень крепком ветре ветки деревьев начинают ломаться, а говорить становится невозможно. Волны на море достигают 7 метров в высоту, с краев гребней слетают брызги. Такому ветру соответствует скорость от 62 до 74 км/ч.

Для определения скорости, равной 9 баллам по шкале Бофорта, отметьте, что ветер гнет большие деревья, ломает крупные ветки и срывает черепицу с крыш. Гребни морских волн достигают 8 метров в высоту, опрокидываются и разлетаются в брызги. Такой ветер называется штормовым, и его скорость может достигать 88 км/ч.

Сильный шторм на суше бывает очень редко. Он разрушает здания, вырывает деревья с корнем. Скорость ветра при сильном шторме колеблется от 89 до 102 км/ч. Поверхность моря белеет от пены, а высота волн доходит до 10 метров.

При жестоком шторме наблюдаются серьезные разрушения на обширных территориях. Скорость ветра составляет максимум 117 км/ч. Мелкие суда невозможно увидеть из-за волн, высота которых может достигать 11 метров.

Ветер, оставляющий за собой опустошительные разрушения, называется ураганом. Воздух на море наполнен пеной и брызгами, видимость затруднена. Волны превышают 11 метров в высоту. Скорость урагана составляет более 117 км/ч.

В первую очередь необходимо определиться, что такое ветер. Ветер – это перемещение воздушных масс из одной точки в другую. Как известно, любое воздушное судно перемещается внутри воздушной массы. А что если воздушная масса, в которой проходит полет, также перемещается относительно земли? Помимо движения с собственной скоростью относительно воздушной массы, самолет будет перемещаться еще и со скоростью движения этой воздушной массы. Учитывая то, что скорость ветра на высотах может достигать значений более 200-300 км/ч, становится очевидно, что учет ветра в полете крайне важен. Несложно посчитать, что если при таком ветре (предположим строго боковом) выполнять полет по трассе в течение одного часа и при этом не учитывать ветер, то в итоге через час самолет окажется в 200-300 км в стороне от трассы. В случае же, если это ветер встречный, и экипаж не учтет его на этапе подготовки к полету, может элементарно не хватить топлива до аэродрома назначения.

Истинная и путевая скорость.

При учете влияния ветра на полет различают два вида скоростей: истинная воздушная скорость (обозначается Vи или по-английски TAS – true airspeed) и путевая скорость (обозначается W или по-английски GS – ground speed).

Истинная воздушная скорость – это скорость движения воздушного судна относительно воздушной массы, в которой проходит полет.

Путевая скорость – скорость воздушного судна относительно земли.

Следует запомнить, что ветер не оказывает влияния на истинную воздушную скорость. Влияние ветра сказывается только на путевой скорости.

Курс и путевой угол.

По аналогии со скоростью, при учете ветра различают два направления полета воздушного судна: курс (HDG – heading) и путевой угол (обозначается ПУ, по-английски TRK — track).

Курс – это угол, заключенный между северным направлением меридиана, принятого за начало отсчета и продольной осью воздушного судна.

Путевой угол – это угол, заключенный между северным направлением меридиана, принятого за начало отсчета, и линией пути. Различают фактический путевой угол (ФПУ) и заданный путевой угол (ЗПУ).

Что касается отсчета направлений, в навигации применяются несколько меридианов начала отсчета: истинный, магнитный, опорный. При решении задач, связанных с учетом ветра, при условии, что все величины приведены к одному и тому же меридиану, неважно, какие направления применяются, истинные или магнитные.

Направление ветра.

В аэронавигации различают два вида ветра: навигационный (НВ) и метеорологический, их направления различаются на 180 градусов и на магнитное склонение. Дело в том, что в основном в авиации принято все расчеты выполнять от магнитного меридиана, в то время как в метеорологии гораздо удобнее пользоваться истинным направлением меридиана начала отсчета.

Навигационный ветер – угол между северным направлением меридиана, принятого за начало отсчета и направлением, куда дует ветер.

Метеорологический ветер – угол между северным направлением меридиана, принятого за начало отсчета и направлением, откуда дует ветер.

Навигационный ветер применяется исключительно как вспомогательная величина при расчетах. Метеорологическое направление ветра – та величина, к которой привык каждый из нас. Юго-западный ветер, означает, что ветер дует с Юго-запада, или если пересчитать в градусы, то получим направление 225 градусов, именно в таком виде и применяется значение направления ветра в авиации.

Навигационный треугольник скоростей.

Как известно, скорость величина векторная. Вектора воздушной скорости, ветра, и путевой скорости образуют так называемый навигационный треугольник скоростей (НТС) – основу основ аэронавигации. Применяя общие правила геометрии и тригонометрии можно вычислить все величины и углы, зная направление и величину двух векторов.

Как видно из рисунка, полет самолета проходит по определенной траектории – линии заданного пути, которая соответствует вектору путевой скорости, однако продольная ось самолета отвернута на ветер для компенсации сноса, как мы помним, продольная ось соответствует вектору воздушной скорости.

Таким образом, мы получили угол, на который нужно отвернуть на ветер, чтобы полет проходил по трассе, это и есть угол сноса – УС (по-английски WCA – wind correction angle или drift angle).

Другими словами, это угол, заключенный между векторам воздушной и путевой скоростей. Отсчитывается угол сноса всегда от вектора воздушной скорости по часовой стрелке (как в нашем случае) со знаком плюс, против часовой – со знаком минус.

Чтобы вычислить скорректированный на ветер курс полета, необходимо из путевого угла вычесть угол сноса со своим знаком.

Расчет угла сноса и путевой скорости.

Для вычисления угла сноса и путевой скорости, необходимо вычислить вспомогательную величину, которая называется угол ветра (УВ) – угол, заключенный между вектором путевой скорости и вектором ветра, то есть, это направление ветра с привязкой к направлению движения воздушного судна.

Напомним, что навигационный ветер (НВ) отличается от метеорологического на 180 градусов и, как правило, на величину магнитного склонения.

С помощью теоремы синусов получаем и формулу угла сноса:

Эту формулу легко упростить, выразив угловые величины в радианах:

U – скорость ветра, Vи – истинная воздушная скорость. Для корректного расчета обе этих величины должны быть приведены к одной единице измерения, например к узлам или метрам в секунду. На практике вместо постоянного значения 57,3 применяют 60, что дает минимальную ошибку, но значительно упрощает вычисление угла сноса в уме.

Формула путевой скорости выводится методом проецирования векторов воздушной скорости и ветра на соответствующую ось и выглядит следующим образом:

При небольших значениях угла сноса можно использовать упрощенную формулу:

Если в России традиционно угол сноса принято вычислять со знаком плюс или минус, то на западе пилотов учат несколько по-другому: сам угол вычисляется как модульная величина, к которой добавляется буквы R или L, R означает, что ось самолета нужно развернуть против ветра вправо, то есть прибавить угол сноса к путевому углу, а L – наоборот влево, то есть угол сноса вычитается из путевого угла. Кроме того, вычисление угла сноса и путевой скорости в основном производится не по формулам, а с помощью механического компьютера E6B и его аналогов.

Считаем в уме.

Существует простой алгоритм вычисления угла сноса в уме.В первую очередь необходимо вычислить максимальный угол сноса при данном ветре. Как легко догадаться, максимальным он будет при боковом ветре, то есть при угле ветра в 90 градусов, а поскольку синус 90 градусов равен единице, эту часть формулы упраздняем и получаем:

Прикинув максимальное значение угла сноса, его нужно скорректировать на направление, что легко делается в уме, если знать значения синусов основных углов:

Знак же определяется исходя из направления ветра, если ветер дует в правый борт, то минус, если в левый, то плюс.

Зная косинусы основных углов легко также в уме вычислить продольную составляющую ветра, которая в свою очередь позволит вычислить путевую скорость.

Для примера рассчитаем в уме угол сноса и путевую скорость для самолета Боинг-737 при заходе на посадку, имея следующие данные:

Воздушная скорость при заходе 140 узлов

Посадочный путевой угол 90˚

Ветер 120˚, 30 узлов

Определяем максимальный угол сноса: 12˚, корректируем на направление ветра. Ветер встречно-боковой в правый борт под 30˚, таким образом, угол сноса равен минус 6˚, то есть необходимо довернуть вправо против ветра на 6˚. Далее рассчитываем встречную составляющую ветра: 26 узлов. Вычитаем ее из воздушной скорости, получаем путевую скорость на глиссаде 114 узлов.

МБОУ Иванищевская СОШ

Урок по математике 5 класс на
тему:

«Скорость, время, расстояние

 и таинственные отношения

 между ними»

Разработан учителем
математики:

Щаренкова  Ю. А.

2011 г.

Математика 5 класс

Тема: Скорость,
время, расстояние и таинственные отношения между ними

Цели урока:

1.    
Учить читать модели
движения, находить закономерности между характеристиками движения объектов.

2.    
Формировать умение
применять приобретенные знания в практической деятельности.

3.    
Развивать умение анализировать
собственную деятельность.

Ход урока

I Организационный момент
Доброе утро, ребята! Садитесь Сегодня на уроке нам потребуется тетрадь, ручка, карандаш и линейка. Проверьте свою готовность к уроку. Запишите в тетрадь число, классная работа.	Слайд
II Подготовка к восприятию нового
Тема нашего урока: «Скорость, время, расстояние и таинственные отношения между ними» -Как вы думаете, над чем мы будем работать сегодня на уроке? (решать задачи на движение) -Главная задача нашего урока – выяснить, что же за таинственные отношения между тремя величинами: скорость, время, расстояние	Слайд
III Изучение нового материала
-Посмотрите на слайд, как движутся объекты, с решения каких задач мы начнем урок? (задачи на удаление) Текст задачи: От места встречи Волк и Красная шапочка одновременно отправились к бабушке. На какое расстояние они удалятся друг от друга за 30 мин, если скорость Красной шапочки 60 м/мин, а скорость Волка 120 м/мин? -Прежде чем преступить к решению задачи, что нужно сделать? (составить схему) -На доске три схемы, выберите ту, которая подходит к нашей задаче.  -……… к доске решать задачу, остальные перенесите схему в тетрадь – Какие величины известны? (время, скорость) -Какие нет? (расстояние) -Можем ответить на главный вопрос задачи? (нет, неизвестна скорость удаления) -По какой формуле находится скорость удаления? -Запишите формулу в тетрадь Запись решения (120-60=60 м/мин   60*30=180 м   Ответ: 180 м ) -Посмотрите фрагмент из мультфильма -Какая схема подходит к данному фрагменту? -Составьте условие задачи Условие: Медведь и медведица одновременно отправились навстречу друг другу. Расстояние между ними равно 21 м. Через сколько они встретятся, если скорость медведя равна 4 м/сек, скорость медведицы 3 м/сек? -……… к доске решать задачу, остальные перенесите схему в тетрадь -Какие величины известны? (скорость, расстояние) -Какие неизвестны? (время) -Можем ответить на главный вопрос задачи? (нет, неизвестна скорость сближения) По какой формуле находится скорость сближения? Запишите формулу в тетрадь Запись решения ( 4+3 = 7 м/сек   21:7=3 сек   Ответ: 3 сек.)	Слайд Слайд Карточка скорость удаления Слайд Размещаю карточки на схеме Слайд Карточка скорость сближения
III Физминутка (повторяем движения)	Слайд
-Прочитайте задачу : Покатился колобок по тропинке в лес. Катился он со скоростью 6 км/ч навстречу ветра. Через 2 часа встретил зайца. За сколько километров от дома произошла встреча, если скорость ветра 2км/ч? -Выберите схему подходящую к задаче -…… к доске, остальные перенесите схему в тетрадь -Какие величины известны? (скорость, время) -Какие нет? (расстояние) -Можно ответить на главный вопрос задачи? (нет, неизвестна скорость движения против ветра) -Как найти скорость движения против ветра? -Запишите формулу Запись решения (6-2=4 км/ч   4*2=8 км   Ответ:8 км.	Слайд Карточка Скорость против ветра
IV зрительная физминутка (автомобили)	Слайд
-А сейчас подумаем о безопасности на дороге -Прочитайте задачу: Ширина проезжей части дороги 15 м, зеленый сигнал светофора горит 20 сек. С какой наименьшей скоростью может двигаться  пешеход с момента загорания светофора, чтобы благополучно перейти дорогу? -Какие величины известны? (время, расстояние) -Какие неизвестны? (скорость) -Можем ответить на главный вопрос? (да) -Какую формулу будем использовать для решения? Запишите формулу -….к доске, записать решение (15 м = 1500 см   1500:20 = 75 см/сек   Ответ:75 м/сек )	Слайд
V  Закрепление изученного материала
-У вас на партах лежат карточки с заданием. Вам нужно соотнести формулировку и математическое выражение. Проверка по эталону -одна ошибка – 4 -две ошибки – 3 -ни одной – 5 -Поднимите руки у кого 3, 4, 5?	Слайд (черный) Слайд
VI Подведение итогов
-Давайте вспомним тему нашего урока -В чем заключается таинственность отношений?	Слайд
VII Рефлексия	Слайд (черный)
VIII Домашнее задание
При подготовке домашнего задания возьмите учебник математики, сядьте перед телевизором и пересмотрите свои любимые мультфильмы. В них обязательно прячется задача на таинственные отношения. Найдите их и принесите на урок. Спасибо за урок!!!

Перейти к контенту