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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。