Windgeschwindigkeiten

[Hannes]

Hallo Wetterkenner

 

Ich habe eine etwas naive Frage (bzw. magelndes Vorstellungsvermögen ) zu der Messbarkeit von Windgeschwindigkeiten.

 

Man hat ja diese Windmessgeräte mit den lustigen Löffeli dran, welche sich dann je nach Wind 'mal ein bisschen rascher und 'mal gar nicht drehen. Nur... wie kann man eigentlich sagen, die Windgeschwindigkeit ist nun so hoch, weil sich das Windrad so und so schnell dreht? Wie werden die Geräte geeicht? Ist die Drehgeschwindigkeit des Rades nicht auch von der Luftdichte abhängig? Ist demnach die Windegschwindigkeit realtiv?

 

Ihr seht, ich hab so meine mühe damit, mir die Messbarkeit von Geschwindigkeiten gasförmiger Stoffe vorstellen zu können. Mit Flüssigkeiten haut's schon eher hin, aber auch nicht komplett. Wäre dankbar für eine Erleuchtung.

 

Gruss Hannes

[Pedro_EW 138]

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Hallo Hannes,

 

danke für Deine Frage ,wegen des berühmten Windrädli's.

 

Ja das waren früher noch Zeiten, als ich als Schüler,meinen ersten Windmesser gebaut habe.

Ich nahm ein altes Velorad samt Tacho. Alles auf eine Fahnenstange ( Die Ohrfeige des Vaters war einprogrammiert, aber mein Forscherwille stärker)Die Speichen wurden mit Krepppapier ausgestattet und das ganze sah aus ,wie eine Windmühle bei Don Quichotte!! Aber der Tacho gab mir eine mehr oder weniger genaue Windgeschwindigkeit in KM/h an .Welch ein Luxus so etwa vor 30 Jahren

 

Heute wird die Windgeschwindigkeit ja elektronisch gemessen. Aber wie , Du ich muss mal schnell in meinen Bücher nachgucken.

Es Momäntli Bitte

 

 

Hier habe ich was gefunden: Ich zitiere:

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Der Windgeschwindigkeitsmesser wird im Gegensatz zu allen anderen Meßfühlern nicht an einen analogen Eingang, sondern an den Count-Eingang des Telemetriemoduls angeschlossen. Dieser erfaßt die Windgeschwindigkeit als eine variable Anzahl von Impulsen, die in einem festen Zeitraum beim Telemetriemodul eintreffen (deshalb auch der Name: Count-Eingang). Der Impulszähler hat 2 Byte zur Speicherung der Impulszahl zur Verfügung. Diese 2 Bytes werden, als Byte Nr.11 (LowByte) und Byte Nr.10 (HighByte), in das 14 Byte lange Datenpaket eingereiht und an den Computer übertragen.

Die wirkliche Windgeschwindigkeit wird anschließend errechnet und im PI abgespeichert. Sie ergibt sich nach folgender Formel:

Windgeschwindigkeit = (Byte_11 + 256 x Byte_10) x 0.0179

 

Die Ausgabe erfolgt in m/s (Metern pro Sekunde), wobei die Nachkommastellen, die sich zwangsläufig aus der Rechnung ergeben, auf den nächsten ganzahligen Wert auf- oder abgerundet werden. Der Meßbereich des Windgeschwindigkeitsmessers liegt circa zwischen 2 m/s und 40 m/s.

 

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Ich hoffe ,dass ich Dir ein bisschen helfen konnte

 

 

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Gruss und gut Land

Pedro_EW 138

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[Dieser Beitrag wurde von Pedro_EW 138 am 28. März 2001 editiert.]

[Gast Hans Fuchs]

Pedro

 

Nichts für ungut, aber dem Hannes ist mit dieser Antwort sicher nicht geholfen. Ich könnte mir sehr gut vorstellen, dass mit abweichender Gasdichte, z.B auf einem 8000 Tausender, die Anzeige des Windrädchens nicht völlig analog der Windgeschwindigkeit ist.

 

Ich gebe zu ich weiss die Antwort nicht. Aber ich mache folgende Überlegungen:

1. Bei zunehmender Höhe treibt weniger Gas das Windrad an, es ist aber auch weniger Gas vorhanden, das das Windrad bremst: Die reinen aerodynamischen Effekte heben sich möglicherweise auf.

2. Es muss aber unabhängig von der Gasdichte immer eine gewisse gleichbleibende Arbeit aufgewendet werden um die Reibung in der Achse des Windrädchens zu überwinden. Weniger und weniger Gas bei zunehmender Höhe erzeugt weniger und weniger Leistungsüberschuss am Windrad, der dann in die Überwindung des Lagerwiderstandes eingeleitet werden kann. So würde mit zunehmender Höhe tatsächlich zuwenig Wind angezeigt.

 

Zur Praxis: ich bin Segler und dort werden ja oft auch solche Windmessanlagen im Mast verwendet. Noch nie habe ich gesehen, dass man die Windgeschwindgkeit eichen könnte. Das spricht dafür, dass die Systeme, einmal berechnet, relativ stabil laufen. Entweder bleiben sie komplett hängen, weil der Anfagnswiderstand nicht überwunden werden kann, oder sie laufen an und zeigen den Wind einigermassen genau an. Da wir mit den Segelbooten nur sehr selten auf einen 8000 Tausender raufkommen, muss für diesen Fall auch keine Vorkehrungen getroffen werden.

 

Hannes frag mal deinen Physik Lehrer! Wetten der weiss es auch nicht auf Anhieb. Die Frage aber finde ich super!

 

Hans

 

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Gletscherfliegen

[Pedro_EW 138]

Hallo ihr beide

Hannes und Hans,

 

sorry, aber es kommt davon ,wenn man schnell in einer Arbeitspause ins Forum schaut, um dann schnell eine Antwort gibt.

 

Ich verstand die gute Frage von Hannes als , wie funktioniert heute ein Windmesser ,daher der Vergleich mit neu und alt.

 

Danke Hans für Deine richtige Antwort.

Hier spricht der alte Seglerfuchs mit dem Windgegerbten Gesicht.

 

 

 

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Gruss und gut Land

Pedro_EW 138

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[Gast Hans Fuchs]

Pedro

 

Es ist keineswegs sicher, dass meine Antwort, resp. Vermutungen zutreffen. Ich bin genauso unsicher wie Hannes, und wüsste nur zu gerne aus dem Mund eines fachkundigen Aerodynamikers, wie es wirklich ist.

 

Ich frage mal den Chef des Windkanals in Emmen, Jürg Wildi, der ist Physiker und privat Pilot. Vielleicht hilft er uns.

 

Hans

 

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Gletscherfliegen

[Walter Fischer]

Hoi Pedro,

also heute Abend so zwischen 20Uhr bis 22 Uhr hätte ich lieber nicht über dem Kirchlein von Höngg in der Luft sein wollen, da hat es ja geblitzt und gedonnert und Windböen abgesetzt, dass es so seine Art hatte.

Aber was mir sehr imponiert hat, war Deine Schilderung über Deine ersten Messradversuche und dabei hat Dir Dein gestrenger Vater erst noch einen Satz warme Ohren verpasst!

Heute käme ein so aufgeweckter Junge unter tosendem Applaus im "Fohrler Live" und wie wenn Du das schon damals intuitiv gespürt hättest, erklimmst Du jetzt in unserem liebgewonnenen Forum durch Dein Spezialwissen den Olymp der führenden Spezialinternetforenwissenschaften und kannst Dir dankbaren Reinsaugern wie mir absolut sicher sein. Hab also vielen Dank für Deine unermüdlichen Aufklärungsbeiträge, wir können noch viel lernen von Dir!

Walti

[Walter Fischer]

Ach ja Pedro, treffend Dein Vergleich mit dem Dünki Schott:

Dein Vater war nämlich, mit Verlaub gesagt, Sancho Panzo, der Esel vom Don, und Du die standhafte Windmühle!

Einfach köstlich, wie die Zeit die Dinge ins richtige Licht rückt!

Walti

[Hannes]

Hallo zäme!

 

Erst einmal vielen Dank für eure Überlegungen. Ich sehe leider immer noch nicht ganz durch. Das mit dem Physiklehrer... da würde ich die Hand nicht ins Feuer legen, dass der mir nicht helfen kann, der war nämlich einmal Pilot. Nur mein Problem ist, dass ich die Frage nicht klar stellen kann.

 

Wenn ich das mit dem Windrädli noch einmal aufgreifen darf: Ich bastle also so ein Löffelkarussel, hänge meinen Tachometer korrekt an und stelle meinen Windmesser in den Wind (hänge ihn also an die Fahnenstange ). Dann säuselt es ein bisschen, der Windmesser reagiert nicht, weil nicht reibungsfrei. Nun kommt ein stärkerer Windstoss der das ganze in Schwung bringt und mein Tacho zeigt 10km/h an. Das bedeutet doch eigentlich, dass das Windrädli nun mit dieser Geschwindigkeit dreht und nicht, dass der Wind mit dieser Geschwindigkeit bläst.

 

Daher auch der Gedanke mit der Eichung: Man wählt einen windstillen Ort, stellt den Windmesser auf ein Fahrzeug, dessen Geschwindigkeit sich nun relativ leicht bestimmen lässt und liest nun die am Tacho des Windmessers angezeigte Geschwindigkeit ab. So kann man bei zukünftigen Messungen den Abweichungsfaktor mit einbeziehen...

 

@Hans: Der Gedanke mit dem gegenseitigen Aufheben des Einflusses der Luftdichte finde ich interessant. Ich habe nämlich stets mit dem Gedanken gespielt, ob es nicht sinnvoller wäre, den Wind als Druck (sprich Kraft pro Fläche) anzugeben. Das wäre dann natürlich überflüssig.

 

...wenn ich so dahinplappere, komme ich meinem wirklichen Problem so langsam auf die Spur: Bei einem festen Körper, dessen Masse sich eindeutig bestimmen lässt, kann man klar sagen, welche Kraft er mit einer bestimmten Geschwindigkeit auf andere Körper ausübt (grübel, grübel...Heureka! Das sind Impulse ). Beim Wind kann ich mir das einfach nicht vorstellen.

 

Ich will euch jetzt nicht mehr länger mit meiner Begriffstutzigkeit belästigen. Auch ich werde älter und hoffentlich weiser...

 

Gruss Hannes

 

 

[Pedro_EW 138]

Hallo Hannes,

 

wie ich sehe, willst in meine damaligen Fussstapfen steigen und vielleicht eine Ohrfeige dafür kassieren.

 

Nein Spass beiseite. Windmessgeräte gibt es heute fixfertige zu kaufen. Du findest sie bei einem Optiker in Deiner Nähe oder im Internet

 

Als ich noch damals Windmessungen für Ballonwettfahrten machen musste, benutze ich ein Handwindmessgerät. ( Siehe Bild unten)

 

Es ist einfach Handzuhaben und misst neben der Windgeschwindigkeit auch noch die Windrichtung.

 

Du kannst es auch auf eine Stange montieren.

 

 

 

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Gruss und gut Land

Pedro_EW 138

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[Hannes]

Hi Pedro!

 

Danke für den Kauftipp! Nein, eigentlich will ich selbst gar keinen Windmesser bauen, war vielleicht etwas ungeschickt ausgedrückt von mir. Ich wollte bloss damit die Idee des "Eichen" oder "Kalibrieren" erklären.

 

Merci, trotzdem für die immer so prompten Antworten mit den schönen Bildern... wenn ich mir diese so angucke, dann muss ich schon zugeben, diese Windmesser haben 'was graziöses. Werde vielleicht einen kaufen, um in meinem Zimmer aufzustellen

 

Gruss Hannes

[Raffael]

Hallo zusammen

 

Ich habe bei uns zuhause die Bücher "Meteorologie für Piloten" und "Aerodynamik und Flugmechanik" gefunden. Daraus möchte ich mal ein paar Punkte zitieren.

 

1.

Das Gerät, das Hannes hier anspricht ist

ein sogananntet Rotationsanemometer (Schalenkreuz). Erfunden von Robinson

 

2.

Der Luftwiederstand verändert sich mit dem Quadrat der Geschwindigkeit.

 

3.

Der Luftwiederstand verändert sich im gleichen Verhältniss wie die Luftdichte.

 

4.

Der Luftwiederstan d hängt von der Form des Körpers ab (Reynoldsche Zahl).

 

Bei dem Schalenkreuz besitzt die hohle Seite der Kugel einen ca. 4 mal so grosen Luftwiederstand wie die abgerundete Seite.

 

Ich hab noch mühe mit der Unterscheidung des Luftdrucks und der Luftgeschwindigkeit. Jedenfalls in Bezug auf das hier dargestellte Problem.

 

klar ist, Druck sowie Luftgeschwindigeit entstehen beide durch Bewegung der kleinsten Teilchen (Atom und Moleküle). Der Druck ist im weiteren abängig von der Geschwindigkeit, mit der die Teilchen auf eine bestimmte Fläche treffen.

 

Es ist sicherlich den meisten bekannt, das beim Autofahren die Potentielle Energie im Quadrat zur Geschwindigkeit zunimmt. Genau so ist es auch beim Wind. Eine Verdoppelung der Windgeschwinigkeit vervierfacht den Druck gegen eine bestimmte Fläche.

 

Das Schalenkreuz besitze eine Kugel mit je einer hohlen und einer halbrunden Seite. Der Druck, der auf diese Seiten wirk ist abhängig von der Reynoldschen Zahl (bei Halbrunden Köpern ca. 1.3 und bei hohlen Körpern ca. 0.35), dem Luftruck und der Windgeschwindigkeit.

 

Stellt man die Windgeschwindkeit auf 0, dann dreht unser Messinstrument logischerweise nicht. Aber ist das auch so logisch? Es ist klar, dass auf beiden Seiten der halbkugen der gleiche Druck herrscht. Infolge der Reynoldschen Zahl sollte dieser Druck aber mit unterschiedlicher Stärke gegen die hohle bzw. halbrunde Seite drücken.

 

Wie unsere Erfahrung aber zeigt, heben sich der Druck auf der hohlen und der halbrunden Seite ganz auf. Wir könnten somit den Luftdruck "streichen" und nur noch die Luftgeschwindigkeit verwenden.

 

Klar drücken bei Wind in grosser Höhe mehr Teilchen geben die hohle Fläche als in weniger grosser Höhe.

 

Wir lassen den Luftdruck weg und nehmen an, dass der Wind mit einer Stärke von 1 gegen unser Messinstrument wirkt.

 

Druck auf hohler Seite = 1.3 * Druckarbeit des Windes = 1.3

 

Druck auf halbrunder Seite = 0.35 * Druckarbeit des Windes = 0.35

 

Unser Rädchen wird also mit einer Kraft von 1.3 - 0.35 = 1.0 angetrieben. Und abhägig von der Höhe

 

 

Hinzu kommten aber noch Energieveluste durch Reibungen im Innern des Messgerätes. Dies bleibt unabhängig von der Höhe immer gleich (abgesehen vom zusahmmenziehehen des Materials in grösserer Höhe durch die Kältere Luft) Möglicherweise ist es möglich, diese derart gering zu halten, das dies für gewöhnliche Messungen keine Rolle mehr spielt.

 

Ich hoffe, das ich wenigstens ein wenig helfen konnte

 

Gruss

Raffael

 

 

[Hannes]

Hallo Raffael

 

Schön, wieder einmal etwas von dir zu hören... Interessante Überlegungen, welche du da anstellst. Die Sache mit der Windgeschwindigkeit "Null" und dem Luftdruck, der dann den Windmesser doch bewegen sollte, kann ich womöglich erklären:

 

Du hast festgehalten, dass der Luftwiderstand mit der Reynoldschen Zahl angegeben wird. Nun (korrigiere mich bitte, wenn das falsch ist, du bist ja der Chemiker) haben wir den Fall, dass sich die kleinsten Teilchen bei Windstille mit einer bestimmten Geschwindigkeit bewegen und zwar in alle Richtungen genau gleich. Betrachtet man nun diese Geschwindigkeiten als Vektoren, so sind die resultierende Geschwindigkeit und somit auch Kraft und Druck schlussendlich rund um den "Windlöffel" herum "Null".

 

Hmmmmm, vieleicht etwas pseudochemophysikalisch und möglicherweise auch völlig daneben. Aber es war ein Versuch wert.

 

Gruss Hannes