风速及其测量

风是由空气流动引起的一种自然现象，风既有方向也有快慢。地面气象观测中测量的是水平运动的风，用风向和风速表示。

风向标是测定风向的设备。如图甲所示的风向标是一个形状不对称的物体，在风的作用下，对空气流动产生较大阻力的一端便会转动至顺风方向，从而显示风向。

生产生活中很多时候需要测量风速。如图乙所示，风杯式风速计是一种常用的风速测量仪器。其原理如图丙所示，风杯是半球形空心杯，三个风杯用夹角为120°的三根支架固定在竖直的转轴上。起风时，气流冲击风杯，风相对风杯的速度越大，冲击力越大。凹面迎风的风杯受到的风压大，凸面迎风的风杯由于风的绕流作用，受到的风压小。作用在三个风杯上的风压差使静止的风杯开始旋转，越转越快，当风速一定时，风杯转速增大到一定值时不再增大，此时风速和风杯转速的关系为v=2πRbn，其中v为风速，n为风杯转速（每秒转过的圈数），R为风杯转动半径，b为风速计常数。风杯的转轴连接一个电路板如图丁所示，转盘上固定有10个小磁铁，当小磁铁正对磁敏开关时，磁敏开关导通，不正对时，磁敏开关断开，风杯组件每旋转一周，电路中就会输出若干个周期的脉冲信号，其信号如图戊所示。该脉冲信号由计数器计数，经换算后就能得出实际风速值。