Как найти скорость ветра по давлению

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.

1. Определение направление и скорости ветра в приземном слое по карте погоды.

Появление ветра
вызывается силой горизонтального
барического градиента, приводящей в
движение частицы воздуха. Барическим
градиентом называется отношение
изменения величины атмосферного давления
к расстоянию, на котором это изменение
происходит. Поскольку при проведении
изобар на карте погоды между соседними
изобарами берутся одинаковые разности
давлений (4 или 5 миллибар), получается,
что чем меньше расстояние между изобарами,
тем больше сила горизонтального градиента
и, соответственно, сильнее ветер в данном
районе. Если бы на частицы воздуха
действовала только сила барического
градиента, то они двигались бы из областей
повышенного атмосферного давления в
области пониженного перпендикулярно
изобарам. Но, как только частица воздуха
приходит в движение, на неё начинает
действовать сила Кориолиса, возникающая
вследствие вращения Земли, а если частица
движется по криволинейной траектории,
то, дополнительно – центробежная сила
(рис. 3). Сила Кориолиса в северном
полушарии стремится отклонить частицу
вправо от направления её движения (в
южном – наоборот). Частица воздуха
продолжает отклоняться от нормали к
изобаре до тех пор, пока сила барического
градиента не уравновесится суммой сил
Кориолиса и центробежной. Совокупное
воздействие этих сил приводит к тому,
что частицы воздуха в свободной атмосфере
(выше 1000 м от земной или водной поверхности,
где не действует сила трения) в средних
широтах движутся по касательным к
изобарам. При этом область пониженного
давления в северном полушарии остаётся
слева, а область повышенного давления
– справа от направления движения (в
южном полушарии – наоборот). Такое
движение частиц воздуха при прямолинейных
изобарах называется геострофическим
ветром.
Установившееся движение воздуха по
круговым траекториям под действием сил
градиента, Кориолиса и центробежной
при отсутствии трения называется
градиентным или геоциклострофическим
ветром.

В приземном
(приводном) слое атмосферы на частицы
воздуха дополнительно действует сила
трения, несколько замедляющая и
отклоняющая их от касательной к изобаре
в сторону пониженного давления (рис.3).
Угол отклонения зависит от широты. Его
величины представлены в таблице 1.
Скорость геострофического ветра можно
найти по формуле 1, являющейся результатом
векторного суммирования указанных выше
сил, действующих на частицу воздуха.

(1)

Здесь: G
– сила горизонтального барического
градинта.

– угловая скорость
вращения Земли.

– плотность воздуха.

– широта интересующего
нас места на поверхности Земли.

После подстановки
величин барического градиента, угловой
скорости вращения Земли и плотности
воздуха для изобар, проведённых
через 5 миллибар,
формула (1) может быть представлена в
следующем виде:

(2)

Здесь:
– расстояние между соседними изобарами
в интересующем нас месте вградусах
широты.

Скорость ветра по
данной формуле получается в метрах в
секунду.

Таблица 1 Углы
отклонения ветра в приземном слое от
касательной к изобаре

Широта, °	0	5	10	20	40	60	80	90
Угол отклонения ветра от касательной к изобаре,°	90	58	38	22	12	9	8	8

Таблица 2
Коэффициенты трения в приводном слое

Разность температур воздуха и воды	Коэффициент трения
Вода холоднее воздуха на 0.1 – 0.5°	0.6
Вода холоднее воздуха более, чем на 0.5°	0.5
Вода теплее воздуха на 0.0 – 2.0°	0.7
Вода теплее воздуха более, чем на 2.0°	0.8

На большинстве
современных карт погоды для определения
скорости геострофического ветра имеется
специальная номограмма, называемая
градиентной
линейкой,
вид и способ использования которой
представлен на рис. 4. На английских
картах погоды скорость ветра по
градиентной линейке определяется в
узлах, соответственно, для вычисления
скорости ветра в метрах в секунду
результат, полученный с градиентной
линейки, необходимо разделить на 2.

Исходя из
вышеизложенного, направление ветра в
приземном слое по карте погоды определяется
следующим образом:

• Вектор скорости
  градиентного ветра будет направлен по
  касательной к изобаре в интересующем
  нас месте, причём область низкого
  давления в северном полушарии будет
  находиться слева, а в южном – справа
  от направления ветра.

• Направление
  интересующего нас ветра в приземном
  слое (того, который воздействует на
  судно, создаёт волнение и т.д.) будет
  отклонено от направления градиентного
  на угол, указанный в табл. 1 в сторону
  области пониженного давления (рис. 3).
  В средних широтах (Северное, Балтийское,
  Чёрное, Средиземное моря) этот угол
  можно принять равным 10-15°. Не следует
  забывать о том, что карты погоды
  составляются, как правило, не в
  Меркаторской, а в гномонической проекции,
  поэтому, направление ветра необходимо
  соотносить с направлением ближайшего
  меридиана.

Для того, чтобы по
карте погоды найти скорость ветра в
приземном слое необходимо:

• При помощи циркуля
  снять с карты кратчайшее расстояние
  между соседними изобарами в интересующем
  нас месте.

• Не меняя раствора
  циркуля, приложить его ножки к градиентной
  линейке напротив отметки соответствующей
  широты и снять скорость геострофического
  ветра. При необходимости – произвести
  интерполирование между кривыми (рис
  4.). При отсутствии на карте градиентной
  линейки, если изобары проведены через
  5 миллибар, определить скорость
  геострофического ветра по формуле (2).

• При необходимости
  перевести скорость ветра в метры в
  секунду.

• Для определения
  скорости ветра в приземном слое умножить
  скорость геострофического ветра на
  коэффициент трения, величины которого
  приведены в табл. 2. Если разность
  температур воздуха и воды не определялась,
  этот коэффициент можно принимать
  равным: для суши – 0.4, для моря летом –
  0.6, зимой – 0.8.

Рис. 3 Силы,
действующие на частицу воздуха в
приземном слое и методика определения
направления ветра по карте погоды. Ветер
в данном примере – западный.

Рис. 4 Пример
определения скорости геострофического
ветра по градиентной линейке. Скорость
ветра в данном примере – 15 узлов.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

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.