测量风速

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  活动简介
  该活动要求学生首先了解风速计测量风速的工作原理,然后利用常见材料制作一个风速计,反复进行测试;学生制作的风速计必须能够承受电风扇或电吹风产生的各种速度的风,并且找到一种测量不同风速下转数的方法,帮助学生了解工程学如何协助人类应对社会中的挑战,锻炼其团队合作能力和解决问题能力。
  面向对象
  79年级。
  活动材料
  具有多个速度挡位的电吹风或电扇
  5个纸杯(编号分别为A、B、C、D、E)
  2根吸管
  1个打孔器
  1根大头针
  1支带橡皮的铅笔
  1个订书机
   4杯风速计制作步骤
  (1)教师带领学生阅读“阅读资料”,了解风速计的工作原理。
  (2)教师将学生分为23人一组,要求学生讨论并设计风速计,绘制风速计草图。
  (3)取4个纸杯A、B、C、D,用打孔器在距离杯口1.5cm的位置打1个孔。
  (4)取纸杯E,用打孔器在距离杯口0.7cm的位置,打4个孔,两两相对,均匀分布在杯口周围;再用打孔器在纸杯E底部中心打1个孔,这个孔应该的直径比铅笔直径稍大些。
  4杯风速计
  最简单的风速计就是4杯风速计,由JohnThomasRomneyRobinson博士在1846年发明,见图5。它在4个水平臂一端上安装了4个风杯,水平臂装在垂直轴上且相互成90°角。从水平方向吹来的风会转动风杯,转速与风速成比例。如果在一定时间内对风杯的转数计数,就能确定该地点的平均风速。
  3杯风速计
  人们在使用过程中发现,4杯风速计在风速快速变化时的测量精确度会下降。所以,有人设计了3杯风速计以提高测量精确度,以适应风速可能快速或突然改变的环境。3杯风速计由JohnPatterson在1926年首先发明。与众多工程产品一样,这些风速计随着时代的进步得到进一步改进,从而提高了性能,降低了成本或增强了安全性。
  用风速计测量风能
  风速计是用于测量风速的装置。很多国家和组织都提供风速计租赁项目,这样公司或个人就可评价其所在地点的风是否能生成足够的风力。对于这些实验地点来说,风速计可在较长时间内以10分钟的间隔收集风速数据。
  声波风速计
  声波风速计使用超声波测量风速和风向,如图6所示。它最初发明于20世纪70年代,可根据成对传感器间声波脉冲通过的时间测量风速。因为声波风速计没有运动的部件,所以非常适于在露天自动气象站和天气浮标应用中长期使用,而风速计在这些地方的测量精度和可靠性会受到含盐分空气或大量尘埃的不利影响。
  材料选择
  设计风速计时,常常要基于它们的用途选择制作材料。例如,用于较低风速应用(例如空气污染研究)的风速计常由轻型材料制作。但这些材料并不太适于风非常大或结冰的环境。材料选择对于设备的使用寿命也有很重要的关系。所以,应根据应用环境、购买者愿意承受的价格以及设备可靠运转时间选择风速计的制作材料。
  活动延伸
  解释为什么机场会在不同的高度设置多个风速计为机场空管员提供信息?
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