kluczowe pojęcia
atmosfera
środowisko
prędkość
pogoda
wiatr
wprowadzenie
Czy kiedykolwiek zastanawiałeś się, jak powstaje wiatr? Wiatr jest spowodowany różnicą ciśnienia powietrza. Powietrze przemieszcza się z obszarów o wyższym ciśnieniu do miejsc, w których występuje mniejsze ciśnienie. I tak jak powietrze wypływa z wysokiego ciśnienia wewnątrz nadmuchanego balonu, jeśli otwór nie jest związany, powietrze w atmosferze przeniesie się do obszaru niższego ciśnienia, tworząc wiatr., Prędkość tego wiatru można zmierzyć za pomocą narzędzia zwanego anemometrem.
anemometr wygląda jak wiatrownica, ale zamiast mierzyć za pomocą wskaźników, w którym kierunku wieje wiatr, ma cztery kubki, dzięki czemu może dokładniej mierzyć prędkość wiatru. Każdy kubek jest przymocowany do końca poziomego ramienia, z którego każdy jest zamontowany na osi centralnej, jak szprychy na kole. Gdy wiatr wepchnie się do kubków, obracają one oś. Im szybciej wiatr, tym szybciej kubki obracają oś. Jak szybko będzie wirować anemometr domowej roboty?
Tło
powietrze składa się z drobnych cząsteczek., Kiedy cząsteczki są ogrzewane, poruszają się szybciej. W konsekwencji, gdy powietrze jest ogrzewane, jego cząsteczki poruszają się szybciej i oddalają się od siebie, co sprawia, że powietrze jest mniej gęste (co oznacza, że w danej objętości jest mniej cząsteczek). Oznacza to również, że powietrze ma niższe całkowite ciśnienie. Dla porównania, zimne powietrze składa się z bardziej szczelnie upakowanych cząsteczek, a więc jest gęstsze i ma stosunkowo wyższe ciśnienie.
ponieważ ciśnienie powietrza jest skłonne do równoważenia się, gdy występuje obszar o stosunkowo niższym ciśnieniu powietrza, powietrze otaczające w obszarach o wyższym ciśnieniu przenosi się do środka., Ten ruch powietrza z obszaru wyższego ciśnienia do obszaru relatywnie niższego ciśnienia jest tym, co generuje wiatr. Gdy wiatr popycha kubki na anemometrze, obracają się wokół osi centralnej. Jak szybko obraca się kubek można zmierzyć w obrotach na minutę( rpm), lub ile razy jeden kubek wraca do pozycji, w której zaczął się w ciągu jednej minuty. W związku z tym szybszy wiatr spowoduje wyższe obroty niż wolniejszy ruch powietrza.,
materiały
* pięć trzy uncji kubki papierowe (takie jak Dixie kubki)
• dziurkacz papieru lub zaostrzony ołówek
• Linijka
• dwie słomki
• Pin
• Zszywacz
• ołówek z gumką
• Wentylator z różnymi prędkościami (opcjonalnie)
• Timer (opcjonalnie)
Przygotowanie
* Przygotuj cztery kubki w ten sposób: Punch jeden otwór w boku każdego kubka, około pół cala poniżej krawędzi.
• w przypadku piątego kubka należy wybić cztery równomiernie rozmieszczone otwory w jego bokach, około 1/4 cala poniżej obręczy. Również dziurkuj jeden otwór w środku dna.,
procedura
* weź kubek z jednym otworem i przepchnij słomkę przez otwór, aż około jednego cala słomy znajdzie się wewnątrz kubka. Upewnij się, że słoma jest pozioma i zszywaj ją z boku filiżanki. Powtórz to z innym kubkiem z jednym otworem i słomką.
* wciśnij pusty koniec każdej Słomki do jednego z bocznych otworów w pięciodrzwiowym kubku i wyjmij ten naprzeciwko. Obróć kubki tak, aby były skierowane w tym samym kierunku. Dlaczego uważasz, że kubki powinny być skierowane w tym samym kierunku?,
• wciśnij puste końce każdej słomy wystającej z piątego kubka do pozostałych dwóch kubków z pojedynczym otworem, aż około jednego cala słomy znajdzie się w każdym kubku. Obróć nowe kubki, aby wszystkie DNA kubków były skierowane w tym samym kierunku. Zszywaj końce słomek z boku każdej filiżanki, tak jak w przypadku dwóch pierwszych filiżanek.
• po upewnieniu się, że wszystkie kubki znajdują się w tej samej odległości od środka pięciodrzwiowego kubka, ostrożnie popchnij szpilkę przez dwie słomki, gdzie się przecinają, w środku pięciodrzwiowego kubka. Należy zachować ostrożność podczas obchodzenia się z ostrym sworzniem., Dlaczego uważasz, że ważne jest, aby używać do tego czegoś tak małego, jak pin?
* przepchnąć ołówek przez otwór w dolnej części pięciodrzwiowego kubka, najpierw gumką, aż dotrze do słomek. Ostrożnie wepchnąć szpilkę do gumki.
• anemometr jest już gotowy do pomiaru prędkości wiatru. Siedząc, spróbuj dmuchnąć bardzo delikatnie prosto do jednej z czterech otwartych kubków przez kilka sekund, a następnie dmuchnij mocniej. Jak dmuchanie mocniej zmieniło obrót anemometru? (Jeśli u pacjenta wystąpią zawroty głowy lub zawroty głowy, należy zatrzymać się i odetchnąć.,)
• Extra: jeśli masz wentylator, który obraca się z różnymi prędkościami, przytrzymaj anemometr przed wentylatorem i policz ile razy jeden kubek całkowicie obraca się przez 15 sekund, a następnie pomnóż tę wartość przez cztery. Liczba ta będzie w obrotach na minutę(rpm). Powtórz to, trzymając wentylator w tej samej odległości, ale zmieniając jego prędkość. Jak zmieniały się obroty, gdy trzymano anemometr przed wentylatorem z małą prędkością w porównaniu z szybszą prędkością? W porównaniu z szybszą prędkością, czy myślisz, że obroty byłyby większe, gdybyś używał anemometru Na zewnątrz w bardzo wietrzny dzień?,
* dlaczego według Ciebie szybszy wiatr powoduje szybszy obrót anemometru?
• Extra: Jaka jest prędkość wiatru Na Zewnątrz? Anemometr można zabrać na zewnątrz w wietrzny dzień lub przez kilka dni, aby zmierzyć prędkość wiatru. Możesz również zabrać anemometr do różnych miejsc, takich jak otwarte pole, wąskie przejście, plaża nad oceanem lub duże jezioro, jeśli mieszkasz w pobliżu, aby zmierzyć i porównać prędkość wiatru w tych miejscach. Jaka jest najbardziej wietrzna lokalizacja? Jak myślisz, dlaczego jest tak wietrznie?
• dodatkowo: jaka jest rzeczywista prędkość wiatru, w milach na godzinę (mph), którą mierzysz?, Aby to określić, najpierw Oblicz Obwód okręgu wykonanego przez obracające się kubki, mierząc odległość wokół okręgu, który tworzą (za pomocą miarki taśmowej lub kawałka sznurka można zmierzyć linijką). Następnie Przelicz to na mile, dzieląc liczbę cali przez 12, aby uzyskać stopy, a następnie dzieląc tę liczbę przez 5,280 (liczba stóp w milie). Pomnóż tę liczbę przez rpm., Na koniec podziel produkt przez 60 (aby przeliczyć minuty na godziny), a uzyskasz przybliżoną Prędkość wirowania anemometru( w mph), chociaż nie uwzględnia to tarcia.
obserwacje i wyniki
czy udało Ci się zobaczyć wiatr sprawiający, że kubki na anemometrze obracają się wokół? Czy szybszy wiatr sprawił, że kubki anemometru obracały się szybciej w porównaniu z wolniejszymi wiatrami?
ponieważ powietrze składa się z małych cząsteczek, kiedy wiatr uderza w coś, to wszystkie te cząsteczki uderzają w obiekt., To dlatego, kiedy czujemy wiatr, naprawdę czujemy, że te cząsteczki uderzają w nas. Szybszy wiatr uderza nas mocniej, a także bardziej przesuwa kubki na anemometrze, w porównaniu z wolniejszym wiatrem, ponieważ szybszy wiatr porusza cząsteczki z większą prędkością. W konsekwencji, w tym samym czasie, szybszy wiatr uderza w obiekt z większą liczbą cząsteczek niż wolniejszy wiatr.
Jeśli byłeś na plaży lub w pobliżu dużego zbiornika wodnego, być może zauważyłeś, że często jest wietrznie. Dzieje się tak, ponieważ istnieją różne ciśnienia powietrza, w których dużo wody styka się z lądem., Woda potrzebuje więcej czasu, aby zmienić swoją temperaturę w porównaniu z ziemią, więc w ciągu dnia ziemia nagrzewa się szybciej, a gdy słońce zajdzie, Ziemia ochładza się szybciej. W związku z tym w ciągu dnia wieje wiatr z oceanu na ląd lub z obszaru o wyższym ciśnieniu powietrza (zimniejsze powietrze) do niższego ciśnienia (cieplejsze powietrze); wieczorem wieje wiatr z zimnego lądu do cieplejszego Oceanu.,
Więcej informacji
” zmiana klimatu może oznaczać wolniejsze wiatry „z Scientific American
pogoda internetowa dla dzieci z University Corporation for Atmospheric Research (UCAR)
„pomiar prędkości wiatru” z Thirteen / WNET, Educational Broadcasting Corporation, Nowy Jork
„wiatr” z Weatherwizkids.com
Feel the Wind by Arthur Dorros
„Jak działa miernik wiatru?”from Science Buddies
ta działalność przyniosła ci we współpracy z Science Buddies i Cyberchase