Ветер и его использование
Шрифт:
Юго-восточные ветры, которые дуют в летние месяцы в Приморье (Дальний Восток) и представляют собой летний муссон, приносят большие количества осадков. Благодаря этому лето здесь всегда очень дождливое; с июня по сентябрь во Владивостоке выпадает всех осадков за год.
Существенное влияние на климат оказывают и ветры местного характера. Так, во многих странах в гористых районах временами дуют знойные сухие ветры — фёны. Фёны резко повышают температуру воздуха, в короткое время тают большие массы снега.
Хорошо известны фёны в Альпах и на Кавказе. Зимой этот ветер на Кавказе повышает температуру
Дующий на восточных склонах Скалистых гор (Америка) ветер «чиную>, родственный по своей природе фёну, настолько горяч и сух, что под его знойным дыханием испаряется, не превращаясь в воду, толстый слой снега!
Мы привели лишь немногие примеры того, что делает ветер в природе. Рассказанным далеко не ограничивается влияние ветра на нашу жизнь. Нельзя, например, забывать о том, что не кто иной, как ветер, очищает воздух, которым мы дышим.
Ветер разносит влагу по всему земному шару. Мощные воздушные потоки приносят влагу в сухие безводные области. Насколько велика работа ветра по переносу воды над Землёй, можно видеть из того, что каждую секунду на земном шаре выпадает не менее 15 миллионов тонн атмосферных осадков!
Таким образом, ветер производит в природе огромную механическую работу.
Чему же равна его энергия?
3. ЧЕМУ РАВНА ЭНЕРГИЯ ВЕТРА
Основным показателем силы ветра является его скорость. Скорость воздушного потока определяется тем расстоянием (в метрах), которое проходит воздух в единицу времени (секунду). Говорят, что ветер имеет, например,
скорость 7 метров в секунду. Чем больше скорость ветра, тем больше его сила.
Для определения скорости ветра имеются специальные приборы — ветромеры. Одним из таких приборов служит флюгер Вильда (рис. 14).
Скорость ветра можно определить и без приборов — наблюдая за полётом лёгких предметов, например маленького листочка бумаги, по ветру. Брошенный в воздушный поток такой предмет движется в нём примерно с той же скоростью, какую имеет ветер.
Ветер в пять баллов (9—10 метров в секунду) давит на поверхности тел с силой около 10 килограммов на каждый квадратный метр площади. Ветер, дующий со скоростью 20 метров в секунду, производит на встречные тела давление, равное уже примерно 50 килограммам на квадратный метр поверхности. Ураганы, скорость которых достигает 50—60 метров, оказывают давление в 200 и более килограммов на квадратный метр!
Такова сила ветра.
Чтобы представить себе эту силу, достаточно вспомнить, какие разрушения производят подчас ураганные ветры.
В 1860 году над Францией пронеслась буря; ветер был настолько силён, что опрокинул с рельс два железнодорожных состава!
Ураган 1703 года в Англии и Франции вырвал с корнем, поломал и разбросал на огромных расстояниях около 250 тысяч деревьев, разрушил около тысячи домов и церквей, разбил о берег 400 кораблей, убил несколько тысяч человек.
Огромные разрушения производят тропические циклоны. В 1780 году так называемый «великий ураган» опустошил Антильские острова. Многие города были уничтожены этим ураганом полностью. Ветер снимал с земли траву и вырывал с корнем вековые деревья! В море затонуло более сорока военных судов.
В океанах такой ветер поднимает волны высотой в десять-пятнадцать
Морской прибой ежегодно разрушает не один десяток кубических километров берегов. Это неудивительно — ведь морские волны, поднимаемые ветром, ударяются о берег с силой в десятки тонн на квадратный метр!
Все эти примеры говорят о том, что энергия ветра, или, как её образно называют, энергия «голубого угля», огромна.
Академик П. П. Лазарев подсчитал, что энергия угля, ежегодно сжигаемого во всём мире, в 3000 раз меньше той энергии, которую может нам дать за то же время ветер.
Известно, что более сильные ветры наблюдаются на морских побережьях. Среднегодовые скорости воздушных потоков здесь достигают 6—8 метров в секунду. Такие ветры дуют, например, на побережье Каспия, на берегах Северного Ледовитого океана, на берегах Балтийского моря. Если бы мы могли полностью использовать энергию ветра этих районов, то на каждом квадратном километре поверхности земли мы получили бы в течение года до миллиона киловатт-часов электрической энергии!
Так велика энергия ветра.
Запасы «голубого угля» в природе неистощимы. Ведь движение в атмосфере происходит, как мы уже говорили, за счёт энергии солнечных лучей.
Возникает заманчивая мысль об использовании энергии воздушных потоков. Её преимущества очевидны — энергия ветра огромна, она имеется всюду, её не нужно добывать, подобно углю, из шахт.
Как же человек использует энергию «голубого угля»?
1. НЕМНОГО ИСТОРИИ
Каждому известно, что идти против ветра значительно труднее, чем по ветру. По-видимому, это ещё в глубокой древности и привело людей к мысли об использовании силы ветра. Надо полагать, что прежде всего сила ветра была использована для перемещения простейших лодок на воде. К плоту или лодке прикреплялся парус — обычно большой кусок ткани. Ветер, давя на поверхность паруса, двигал лодку.
Так возникли парусные суда, на которых в течение столетий люди плавали по рекам и озёрам, пересекали моря и океаны.
С развитием ремесленного труда сила ветра стала широко применяться в простейших машинах— ветряных двигателях.
Первые ветродвигатели были устроены очень просто.
Представьте себе горизонтальное бревно — вал с двумя
крестовинами на концах. К крестовинам прикреплены продольные доски-лопасти. Вал помещается в двух опорах, укреплённых на столбах. Ветроколесо такого простейшего ветродвигателя (рис. 17) очень похоже на общеизвестное водяное колесо; работа его также напоминает работу водяного колеса.
Лопасти такого ветродвигателя ниже вала прикрываются щитом. Если поместить теперь вал поперёк ветра, то ветер будет давить лишь на верхние лопасти ветродвигателя. Нижние лопасти не будут испытывать давления ветра, так как их прикрывает щит. Благодаря этому лопасти начнут под действием ветра вращаться и будут вращать вал.
Такие ветровые машины называются барабанными ветродвигателями: они раньше применялись там, где ветер часто дует в одном направлении.
Если ось барабанного ветродвигателя расположить вертикально, мы получим тип карусельного ветродвигателя (рис. 18). У таких ветродвигателей лопасти имеют самую разнообразную форму.