Історія створення першого барометра.

У XVI ст. в одному з італійських міст для подачі води з озера був побудований насос з великою довжиною шланга, яких до цього ще не будували. Але виявилося, що насос не працює - вода в ньому піднімалася тільки до 10,3 м над рівнем водойми.
Ніхто не міг пояснити, в чому тут справа, поки учень Галілея - Е. Торічеллі не висловив думку, що вода в насосі піднімається під впливом ваги атмосфери, яка тисне на поверхню озера. Стовп води висотою в 10,3 м точності врівноважує цей тиск, і тому вище вода не піднімається. Торічеллі взяв скляну трубку з одним запаяним кінцем та іншим відкритим і заповнив її ртуттю. Потім він затиснув отвір пальцем і, повернувши трубку, опустив її відкритим кінцем у посудину, наповнену ртуттю (рис. 28). Ртуть не вилилася з трубки, а тільки трохи опустилась.

Стовп ртуті в трубці встановився на висоті 760мм над поверхнею ртуті в посудині. Вага стовпа ртуті перетином у 1см² дорівнює 1,033 кг, тобто точно дорівнює вазі стовпа води такого ж перерізу висотою 10,3 м. Саме з такою силою атмосфера тисне на кожний квадратний сантиметр чи метр будь-якої поверхні, в тому числі і на поверхню нашого тіла. Долоня руки дорослої людини випробовується тиском атмосфери приблизно в 150 кг, тобто постійний атмосферний тиск на нашу долоню дорівнює вазі двох чоловіків.

Так Торічеллі створив барометр - перший у світі прилад, що вимірює атмосферний тиск (від грецьких слів «Барос» - тиск, вага, «метрео» - вимірюю). Довгий час атмосферний тиск вимірювали в міліметрах висоти ртутного стовпа. Середній тиск на рівні моря дорівнює 760 мм. Але така одиниця виявилася незручною для розрахунків, і зараз атмосферний тиск виражають у міллібарах або гектопаскалях. Один мілібар (1 гектопаскаль = 1 мілібар) майже точно дорівнює тій силі, з якою тіло вагою в 1Г тисне на поверхню в 1см.кв., а середній тиск атмосфери рівний 1013 мб. За допомогою барометра було встановлено, що тиск постійно змінюється.

Було виявлено, що атмосферний тиск знижується з підйомом у гори, тому що зменшується товщина шару атмосфери над барометром. Чим ближче ми до морського узбережжя – тим тиск вищий.

 

Рис. 28. Конструкція першого рідинного чашкового барометра Торічеллі

 

 

Лабораторна робота № 6. Вивчення методів визначення характеристик вітрового режиму та сфери їх практичного застосування

 

Обладнання: анемометр чашковий, анемометр крильчатий, анеморумбометр АР-2, флюгер Вільда.

 

Завдання 1. Замалювати у зошиті будову та описати принцип дії основних метеорологічних приладів для визначення характеристик вітрового режиму:

- флюгера Вільда;

- анемометра чашкового;

- анемометра крильчатого;

- анеморумбометра.

 

Завдання 2. Ознайомитись з шкалою Бофорта для визначення сили вітру (див. додаток).

 

 

Завдання 3 (висновок). Оцінити сфери застосування даних по вітровому режиму атмосфери, їх екологічне значення та використання при прогнозі розсіювання забруднюючих речовин.

Теоретичні відомості до роботи

Швидкість та напрямок вітру – важливі метеорологічні величини, що їх людина навчилася вимірювати здавна. Так, за існуючими письмовими твердженнями, перші флюгери – пристрої для визначення напрямку (сторони горизонту), звідки дме вітер, встановлювалися ще на давньоримських галерах. Чимало декоративних флюгерів у вигляді фігурок тварин, стрілок, стилізованих «роз вітрів» можна і зараз побачити на дахах будинків. На метеостанціях, паралельно з більш досконалими та точними анеморумбометрами чи анемометрами і в наш час використовують флюгер Вільда (рис. 29) – прилад, спеціально пристосований для визначення швидкості та напрямку вітру з максимальною точністю.

Рис 29. Флюгер Вільда

 

 

 

Рис. 30. Анеморумбометр АМ-2

 

Рис. 31. Ручний чашковий анемометр

 

 

 

Рис. 32. Анемометр чашковий. Загальний вигляд

 

Анемометр чашковий (рис. 31-32) МС-13 ГОСТ 6376-74 призначений для вимірювання середньої швидкості спрямованого повітряного потоку в промислових умовах і середньої швидкості вітру на метеорологічних станціях. Умови застосування анемометра:

а) температура повітря від мінус 45 до плюс 50 С;

б) відносна вологість повітря 90% при температурі 20 ° С.

 

Технічні характеристики

Діапазон вимірювання швидкості, м / с 1 до 20м / с.

Чутливість не більше, м / з 0,8.

Основна похибка, м / с ± (0,3 +0,5).

Габаритні розміри 170х70х70 мм.

Маса не більше, кг 0,25 кг.

Термін служби анемометра до списання не менше, років 6.

Флюгер Вільда.

Флюгер метеорологічний (рис. 29) складається з металевої дошки, що хитається близько горизонтальній осі а, закріпленої на вертикальній стійці б. Збоку дошки на тій же осі а закріплений сектор в з вісьмома штифтами. На стійці б нижче сектора закріплений флюгер р, який весь час встановлює дошку площиною до вітру. При дії останнього дошка відхиляється і проходить повз штифти, кожен з яких вказує при цьому на певну швидкість вітру. Стійка б з флюгером р повертається у втулці д, в якій закріплені в горизонтальній площині 4 довгих стержні, що вказують головні напрямки старін горизонту: північ, південь, схід і захід, і між ними 4 коротких, вказують на північний схід, північний захід, південний схід і південний захід. Таким чином, за допомогою флюгера-анемометра можна визначати одночасно і швидкість, і напрям вітру.

 

Середні швидкості вітру за короткі і тривалі проміжки часу зручно визначати анемометром чашковим (рис. 33). Він складається з хрестовини з півкулями, закріпленої на вісь, яка знаходиться в зачепленні із зубчатою передачею, вміщеною в коробці з циферблатом.

Рис. 33. Анемометр метеорологічний чашковий

 

Вітроприймачем анемометра (див. рис. 33-34) є чотиричашкова вертушка 4, насаджена на вісь 5, що обертається в опорах. На нижньому кінці осі нарізаний черв'як 6, пов'язаний з редуктором, що передає рух трьом стрілкам. Циферблат 2 має відповідно шкали одиниць, сотень, тисяч. Черв'як 6 через черв'ячне колесо і триб передає рух центральному колесу, на осі якого закріплена стрілка 3 шкали одиниць. Триб центрального колеса через проміжне колесо приводить в обертання мале колесо, на осі якого насаджена стрілка (шкали сотень). Від малого колеса через друге проміжне колесо обертання передається другому малому колесу, вісь якого несе на собі стрілку шкали тисяч 7.

Включення і вимикання механізму здійснюється аретиром 9, один кінець якого знаходиться під зігнутою пластинчастою пружинкою, що є підп'ятником черв'ячного колеса. Для виключення рахункового механізму аретир 9 повертають за годинниковою стрілкою.
Інший кінець аретира при цьому піднімає пластинчасту пружину, яка, переміщаючи вісь колеса в осьовому напрямку, виводить черв'ячне колесо із зачеплення з черв'яком 6.

Рис. 34. Анемометр чашковий ручний. Загальний вигляд, поруч –секундомір для фіксації часу вимірювання швидкості вітру (рекомендований час – 10 хв)

При повороті аретира проти годинникової стрілки черв'ячне колесо входить в зачеплення з черв'яком і вітроприймач анемометра з'єднується з редуктором.

Механізм анемометра закріплений в корпусі з пластмаси, нижня частина корпусу закінчується гвинтом 10, що призначений для кріплення анемометра на штативі або жердині. У корпусі анемометра по обидві сторони аретира 9 вставлені вушка 8, через які пропускається шнур для включення і виключення анемометра, піднятого на стійці (жердині). Шнур прив'язується за вушко аретира 9. Вітроприймач анемометра захищений хрестовиною з дротяних дужок, які служать також для кріплення верхньої опори осі приладу.

ПОРЯДОК РОБОТИ

Перед початком вимірювання швидкості вітру записують покази за трьома шкалами. У вимірюваному повітряному потоці анемометр встановлюють вертикально і через 10 – 15 с одночасно включають аретиром механізм анемометра і секундомір. Експонування анемометра в повітряному потоці здійснюють протягом однієї або двох хвилин. Після закінчення цього часу механізм і секундомір вимикають і записують покази за шкалами анемометра і час експозиції в секундах. Різницю між кінцевим і початковим відліком ділять на час експозиції та визначають число поділок шкали, що припадають на одну секунду. Швидкість вітру визначається за градуювальним графіком, що додається до анемометра. На вертикальній осі графіка знаходять число поділок шкали, які припадають на одну секунду. Від цієї точки проводиться горизонтальна лінія до перетину з прямою графіка, а з точки перетину проводиться вертикальна лінія до перетинання з горизонтальною віссю. Точка перетину вертикалі з горизонталлю віссю графіка дає шукану швидкість повітряного потоку в м / сек.

Осі шестерень приладу виведені на циферблат і на своїх кінцях мають стрілки, що показують на шкалі шлях, пройдений вітром за даний проміжок часу. Розділивши число, що показується стрілками на циферблаті, на число секунд, протягом яких обертався анемометр, отримаємо швидкість вітру в секунду за період спостережень. Наприклад, перед початком спостереження стрілки на циферблаті показували 7170 м, a після 2 хв., рівних 120 с., стрілки показали 7650 м. Отже, середня швидкість вітру за проміжок часу в 2 хв дорівнювала:

 

 

Рис. 35. Анеморумбометр М63-МР (вдосконалений АР-2)

Анеморумбометр М63-МР (рис. 35) призначений для дистанційного вимірювання миттєвої, максимальної та середньої швидкостей та напрямку вітру в стаціонарних умовах і являє собою вдосконалену модель анеморумбометра АР-2 (рис. 30).

До складу приладу входять датчик вітру і пульт. Має додаткові модулі для виведення вимірюваних параметрів на самописець, а також для реєстрації даних на принтері чи ПК з послідовним каналом типу RS 232.

Датчик експлуатується при температурі -50... 50⁰ C і відносній вологості до 98%;

пульт - при температурі 5... 50 оC і відносній вологості до 80%.

 

 

Рис. 36. Анемометр крильчатий АСО-3

Анемометр крильчатий (АСО-3) ГОСТ 6376-74 (рис. 36) призначений для вимірювання середньої швидкості спрямованого повітряного потоку в промислових умовах. Анемометр виготовляється у виконаннях: У5-для роботи в районах з помірним кліматом, Т5-для роботи в районах з тропічним кліматом. Умови застосування анемометра: а) температура повітря від мінус 10 до плюс 50 С; б) відносна вологість повітря 90% при температурі 20 ° С, для виконання У5 і 27 ° С для виконання в моделі Т5.