（青岛版五年制）三年级科学上册我的风向标 1

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我的风向标
如何测量风
　简而言之，风就是指空气的水平运动，风的运动既有速度又有方向，说明了风是一个矢量，因此风的观测包括风向和风速两项。
风向
风向是指风的来向，用十六方位表示，以拉丁文缩写记录
风速
　　　 风速是空气质点在单位时间内所移动的水平距离。
以米/秒为单位，定时观测取整数，自记记录取一位小数。
等
级 名
称 陆 上 地 物 征 象 相 当 风 速
范围(m/s) 中数
0 静风 静，烟直上 0.0～0.2 0
1 软风 烟能表示风向，树叶略有摇动 0.3～1.5 1
2 轻风 人面感觉有风，树叶有微响，风向标能转动，旗飘动 1.6～3.3 2
3 微风 树叶及小枝摇动不息，旗展开，高的草摇动不息 3.4～5.4 4
4 和风 能吹起地面灰尘和纸张，树枝动摇。高的草呈波浪起伏 5.5～7.9 7
5 劲风 有叶的小树摇摆，内陆的水面有小波。高的草波浪起伏明显 8.0～10.7 9
6 强风 大树枝摇动，电线呼呼有声，撑伞困难。高的草不时倾伏于地 10.8～13.8 12
7 疾风 全树摇动，大树枝弯下来，迎风步行感觉不便 13.9～17.1 16
8 大风 可折毁小树枝，人迎风前行感觉阻力甚大 17.2～20.7 19
9 烈风 草房遭受破坏，屋瓦被掀起，大树枝可折断 20.8～24.4 23
10 狂风 树木可被吹倒，一般建筑物遭破坏 24.5～28.4 26
11 暴风 大树可被吹倒，一般建筑物遭严重破坏 28.5～32.6 31
12 飓风 陆上少见，其摧毁力极大 >32.6 >33
如何取得具有代表性的风资料？
　　　 在观测中为了取得具有一定代表性的风向、风速资料，风的观测一般是取某一时段内的平均风速和最多风向。
实验表明：取十分钟时段内的平均值即可以达到一定代表性的要求，在大多数风的阵性涨落不大的情况下，取2－3分钟时段内的平均值，也可达到一定代表性的要求。
气象台站观测中，一般是取两分钟的平均风速和最多风向，自记仪器是取十分钟的平均风速和最多风向。
不难理解，测定平均风速时，仪器要有优良的积分性能（即自动平均能力）；要是测定阵风，仪器应能反映瞬时风速，自动平均能力良好反而不利。因此——
风的传感器
风的感应器
风向标是各种测风仪器中用以知识风向的最主要的部件。分为头部（维持平衡也称平衡锤）、水平杆与尾翼三部分。整个风向标可绕垂直轴旋转。它的重心正好在转动轴的轴心上。
风向感应器
§8.2 风的传感器
当风的来向与风向标成某一个交角时，风对风向标产生压力，这个力可分解成平行和垂直于风向标的两个分力。由于风向标头部受风面积较小，尾翼受风面积较大，因而感受的风压不相等，垂直于尾翼的风压产生风压力矩，使风向标绕垂直轴旋转，直至风向标头部正好对着风的来向时，由于翼板两边受力平衡，风向标就稳定在某一位置。
这里分析一下风向标的受力
情况：设气流与风标的起始位置成
α的交角，则风向标的尾翼上受到
三个力矩的作用，一是风压力矩M，
二是惯性力矩Mn，三是摩擦力矩Mf，
包括在转轴支点处的摩擦力矩及空
气粘滞性对翼板等产生的摩擦力矩。
这样，风标转动的运动方程为
M=Mn+Mf。
灵敏性
稳定性
风向标都应满足
在小风速或风向改变不大的情况下，
能很快地反映出风向变化来
当风向改变时，由风向标本身惯性
作用引起的摆动要小
常见的风向标
双叶型风向标
菱形风向标
流线型风向标
风速感应器
目前普遍采用的测定风速的仪器为风杯形风速器。
它的感应部分是由三个或四个圆锥形或半球形固定在架子上的风杯组成。整个架子连同风杯装在一个可以自由转动的轴上，所有的风杯都顺着一面。在风压的作用下，风杯就顺着圆锥（球形）的凸面方向自由旋转。
风速感应器
当风从左方吹来时，风杯（1）与风向平行，风对风杯（1）的压力在最直于风杯轴方向上的分力近似为零。风杯（2）与（3）同风向成60·角相交，对风杯（2）而言，其凹面迎着风，承受的风压最大;风杯（3）其凸面迎风，风的绕流作用使其所受风压比风杯（2）小，由于风杯（2）与风杯（3）在垂直于风杯轴方向上的压力差，而使风杯开始顺时针方向旋转，风速越大，起始的压力差越大，产生的加速度越大，风杯转动越快。
但风杯开始转动后，由于杯（2）顺着风的方向转动，受风的压力相对减小，而杯（3）迎着风以同样的速度转动，所受风压相对增大，风压差不断减小，经过一段时间后（风速不变时），作用在三个风杯上的分压差为零时，风杯就变作匀速转动。这样根据风杯的转速（每秒钟转的圈数）就可以确定风速的大小。
风向和风速的传送
传送和指示风向标所在方位的方法很多，有机械传送、电接式传送、电位计式传送、光电转换即格雷码盘等，其中最常用的是格雷码盘。
传送和指示风速的方法有机械式、电接式、电机式、磁感式和光电式即多齿光盘等，其中最常用的风速传感器是多齿光盘。
§8.3 EL型电接风向风速计
1.基本组成
（1）感应器
a.风速部分的组成及各部分的作用
b.风向部分的组成及各部分的作用
（2）指示器
a.瞬时风速指示部分
b.瞬时风向指示部分
（3）记录器
a.瞬时风速记录部分
b.瞬时风向记录部分
感应器
风向部分由风向标、风向方位块、导电环、接触簧片等组成；
风速部分由风杯、交流发电机、蜗轮等组成。
　　根据风速随高度的变化情况以及为了观测和维护的方便，同时不受地形地物的影响，测风仪器的安装高度最好在10～20米之间。
　　测风仪器安装的地点要求尽量开阔空旷，远离障碍物，使之不受气流涡旋的影响。因为建筑物、凹地、山谷等地形作用会使气流产生涡流、辐合、辐散，使风的资料只有小气候方面的意义，而缺少代表性。
　　测风仪器必须垂直安装；安装测风仪器的杆不能太粗，否则会改变气流的自然状
况；仪器应安装在杆的顶端，如果需要安装在杆的中间，则应使用一定长度的横臂，以使风速仪器远离杆柱。
气象应用
风在天气预报中有着重要的作用，常作为良好的预报指标而广泛应用。
风是一种自然力。我们可以利用风力发电；飞机选择适当的航线，就可以缩短飞行时间，减少油料消耗，并且也安全可靠；风也可以将湿空气带到干旱地区，以减少旱情。但是，大风也可以吹倒树木，使建筑物倒塌遭到破坏；由于暴风而产生的波浪危及航行中的船舶安全，也可变成怒涛冲击海岸，破坏海岸建筑物。