Schlüsselkonzepte
Atmosphäre
Umwelt
Geschwindigkeit
Wetter
Wind
Einführung
Haben Sie sich jemals gefragt, wie Wind gemacht wird? Wind wird durch einen Unterschied im Luftdruck verursacht. Luft bewegt sich von Bereichen mit höherem Druck zu Orten, an denen weniger Druck herrscht. Und so wie Luft aus dem Hochdruck innerhalb eines aufgeblasenen Ballons strömt, wenn die Öffnung nicht gebunden ist, bewegt sich die Luft in der Atmosphäre in einen niedrigeren Druckbereich und erzeugt Wind., Die Geschwindigkeit dieses Windes kann mit einem Werkzeug namens Anemometer gemessen werden.
Ein Anemometer sieht aus wie eine Wetterfahne, aber anstatt zu messen, in welche Richtung der Wind mit Zeigern weht, hat er vier Tassen, damit er die Windgeschwindigkeit genauer messen kann. Jede Tasse ist am Ende eines horizontalen Arms befestigt, von denen jeder wie Speichen auf einem Rad auf einer Mittelachse montiert ist. Wenn Wind in die Becher drückt, drehen sie die Achse. Je schneller der Wind, desto schneller drehen die Tassen die Achse. Wie schnell wird Ihr hausgemachtes Anemometer wirbeln?
Hintergrund
Luft besteht aus winzigen Molekülen., Wenn Moleküle erhitzt werden, bewegen Sie sich schneller. Wenn Luft erhitzt wird, bewegen sich ihre Moleküle folglich schneller und werden weiter voneinander entfernt, was die Luft weniger dicht macht (was bedeutet, dass es weniger Moleküle in einem bestimmten Volumen gibt). Dies bedeutet auch, dass die Luft einen niedrigeren Gesamtdruck hat. Im Vergleich dazu besteht kalte Luft aus dicht gepackten Molekülen und ist daher dichter und hat einen relativ höheren Druck.
Weil Luftdrücke geneigt sind, sich auszugleichen, wenn es einen Bereich mit relativ niedrigerem Luftdruck gibt, bewegt sich die Umgebungsluft in höheren Druckbereichen hinein., Diese Bewegung der Luft von einem höheren Druckbereich zu einem relativ niedrigeren Druckbereich erzeugt Wind. Wenn der Wind die Becher auf dem Anemometer drückt, drehen sie sich um die Mittelachse. Wie schnell sich die Becher drehen, kann in Umdrehungen pro Minute (U / min) gemessen werden oder wie oft eine Tasse in einer Minute an die Position zurückkehrt, an der sie begonnen hat. Folglich führt ein schnellerer Wind zu einer höheren Drehzahl als eine langsamere Luftbewegung.,
Materialien
* Fünf drei-unzen papier tassen (wie Dixie Tassen)
• Papier locher oder geschärft bleistift
• Lineal
• Zwei strohhalme
• Pin
• Hefter
• Bleistift mit radiergummi
• Fan mit verschiedenen geschwindigkeiten (optional)
• Timer (optional)
Vorbereitung
• Bereiten vier tassen diese weise: Punch ein loch in die seite von jeder tasse, über eine halbe zoll unterhalb der felge.
• Für die fünfte Tasse, Punch vier gleich große Löcher in den Seiten, etwa ein Viertel Zoll unter dem Rand. Stanzen Sie auch ein Loch in die Mitte des Bodens.,
Verfahren
* Nehmen Sie einen Einlochbecher und drücken Sie einen Strohhalm durch das Loch, bis etwa ein Zoll des Strohhalms in der Tasse ist. Stellen Sie sicher, dass das Stroh horizontal ist und heften Sie es an die Seite der Tasse. Wiederholen Sie dies mit einem weiteren Einlochbecher und Stroh.
• Schieben Sie das leere Ende jedes Strohhalms in eines der seitlichen Löcher im Fünf-Loch-Becher und aus dem gegenüberliegenden. Drehen Sie die Tassen so, dass sie in die gleiche Richtung zeigen. Warum denken Sie, sollten die Tassen die gleiche Richtung zeigen?,
• Schieben Sie die leeren Enden jedes Strohhalms, der aus der fünften Tasse herausragt, in die anderen beiden Einlochbecher, bis sich etwa ein Zoll des Strohhalms in jeder Tasse befindet. Drehen Sie die neuen Tassen so, dass alle Böden der Tassen in die gleiche Richtung zeigen. Heften Sie die Enden der Strohhalme wie bei den ersten beiden Tassen an die Seite jeder Tasse.
• Nachdem Sie sichergestellt haben, dass alle Tassen ungefähr den gleichen Abstand von der Mitte des Fünf-Loch-Bechers haben, drücken Sie den Stift vorsichtig durch die beiden Strohhalme, wo sie sich schneiden, in der Mitte des Fünf-Loch-Bechers. Vorsicht beim Umgang mit dem scharfen Stift., Warum ist es Ihrer Meinung nach wichtig, dafür etwas so Kleines wie einen Stift zu verwenden?
* Drücken sie den stift durch das loch in der unterseite der fünf-loch tasse, radiergummi-ende erste, bis es erreicht die strohhalme. Schieben Sie den Stift vorsichtig in den Radiergummi.
• Das Anemometer ist jetzt bereit, Windgeschwindigkeiten zu messen. Versuchen Sie im Sitzen, einige Sekunden lang sehr sanft direkt in eine der vier offenen Tassen zu blasen, und blasen Sie dann härter. Wie hat das härtere Blasen verändert, wie sich das Anemometer dreht? (Wenn Sie sich leichtköpfig oder schwindelig fühlen, halten Sie an und verschnaufen Sie.,)
• Extra: Wenn Sie einen Lüfter haben, der sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten dreht, halten Sie den Anemometer vor den Lüfter und zählen Sie, wie oft sich eine Tasse 15 Sekunden lang vollständig dreht, und multiplizieren Sie diesen Wert mit vier. Diese Zahl wird in Umdrehungen pro Minute (U / min) angegeben. Wiederholen Sie dies, während Sie den Lüfter im gleichen Abstand halten, aber seine Geschwindigkeit ändern. Wie hat sich die Drehzahl geändert, als Sie den Anemometer im Vergleich zu einer schnelleren Drehzahl langsam vor den Lüfter gehalten haben? Denken Sie im Vergleich zur schnelleren Geschwindigkeit, dass die Drehzahl größer wäre, wenn Sie Ihr Anemometer an einem sehr windigen Tag draußen benutzen würden?,
• Warum denken Sie, dass ein schnellerer Wind das Anemometer schneller dreht?
• Extra: Was ist die Geschwindigkeit des Windes draußen? Sie können Ihr Anemometer an einem windigen Tag oder über mehrere Tage nach draußen bringen, um die Windgeschwindigkeit zu messen. Sie können Ihren Anemometer auch an verschiedene Orte bringen, z. B. auf ein offenes Feld, einen schmalen Durchgang, einen Strand am Meer oder einen großen See, wenn Sie in der Nähe von einem wohnen, um die Windgeschwindigkeit an diesen Orten zu messen und zu vergleichen. Was ist der windigste Ort? Warum denkst du, es ist so windig?
• Extra: Was ist die tatsächliche Geschwindigkeit des Windes in Meilen pro Stunde (mph), dass Sie Messen?, Um dies zu bestimmen, berechnen Sie zuerst den Umfang des Kreises, den die rotierenden Becher haben, indem Sie den Abstand um den Kreis messen, den sie bilden (mit einem Maßband oder einem Stück Schnur, das Sie mit einem Lineal messen können). Konvertieren Sie dies dann in Meilen, indem Sie die Anzahl der Zoll durch 12 dividieren, um Fuß zu erhalten, und dividieren Sie diese Zahl dann durch 5.280 (die Anzahl der Fuß in einer Meile). Multiplizieren Sie diese Zahl mit rpm., Teilen Sie schließlich Ihr Produkt durch 60 (um Minuten in Stunden umzuwandeln) und Sie haben eine Annäherung an die Geschwindigkeit, mit der sich das Anemometer dreht (in mph), obwohl dies die Reibung nicht berücksichtigt.
Beobachtungen und Ergebnisse
Konnten Sie sehen, wie der Wind die Becher auf dem Anemometer herumwirbelt? Haben die schnelleren Winde die Anemometer-Becher im Vergleich zu den langsameren Winden schneller gedreht?
Weil Luft aus winzigen Molekülen besteht, wenn Wind auf etwas trifft, sind es all diese Moleküle, die auf das Objekt treffen., Deshalb spüren wir, wenn wir Wind spüren, wie diese Moleküle uns treffen. Ein schnellerer Wind trifft uns härter und bewegt auch die Becher auf dem Anemometer mehr, verglichen mit einem langsameren Wind, da der schnellere Wind die Moleküle schneller bewegt. Folglich trifft ein schnellerer Wind in der gleichen Zeit auf ein Objekt mit mehr Molekülen als ein langsamerer Wind.
Wenn Sie am Strand oder in der Nähe eines großen Gewässers waren, haben Sie vielleicht bemerkt, dass es oft windig ist. Dies liegt daran, dass es unterschiedliche Luftdrücke gibt, bei denen viel Wasser auf das Land trifft., Wasser braucht mehr Zeit, um seine Temperatur im Vergleich zu Land zu ändern, so dass sich das Land tagsüber schneller erwärmt und sobald die Sonne untergeht, kühlt das Land schneller ab. Folglich weht tagsüber Wind vom Meer zum Land oder von einem Gebiet mit höherem Luftdruck (kältere Luft) zu niedrigerem Druck (wärmere Luft); Am Abend weht der Wind vom kalten Land zum wärmeren Ozean.,
Mehr zum Erkunden
„Klimawandel kann langsamere Winde bedeuten“ von Scientific American
Web Weather for Kids von der University Corporation for Atmospheric Research (UCAR)
„Measuring Wind Speed“ von Thirteen / WNET, Educational Broadcasting Corporation, New York
„Wind“ von Weatherwizkids.com
Feel the Wind von Arthur Dorros
“ Wie funktioniert ein Windmesser?“von Science Buddies
Diese Aktivität brachte Ihnen in Zusammenarbeit mit Science Buddies und Cyberchase