XXIX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Как сделать анемометр самому

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы

Ткаченко И.А. 1

---

1Негосударственного (частного) общеобразовательного учреждения (НОУ) гимназии «Школа бизнеса»

Петренко Е.В. 1

---

1Негосударственного (частного) общеобразовательного учреждения (НОУ) гимназии «Школа бизнеса»

Работа в формате PDF

911.2 KB

Введение

Погода заинтересовала меня в прошлом году. Я узнал, что, если вести наблюдения можно определить погоду на завтра. [3] Мы с дедушкой изготовили будку Селянинова, положили метеоприборы: барометр, термометр, гигрометр, компас и анемометр, а сверху на будке закрепили флюгер. Все показания я записываю в журнал наблюдений карандашом и обязательно ставлю дату. После зимы и дождей в самом начале лета мы покрасили метеостанцию, разложили по своим местам метеоприборы. Будка Селянинова снова стала как новая.

27 октября 2025 года скорость ветра была почти 20 метров в секунду, мой электронный анемометр показывал то 15 метров в секунду, то 19 метров в секунду. Вечером дедушка спросил, что я буду делать, если в моем анемометре сядет батарейка? Я предложил купить новую батарейку, но дедушка рассмеялся и еще раз спросил, что делать, если не будет возможности использовать электронный анемометр? И действительно, какой анемометр работает без батареек? И можно ли такой метеоприбор сделать самому?

Тема: «Как сделать анемометр самому».

Цель: сделать самому метеоприбор для измерения скорости ветра в домашних условиях.

Задачи:

1. ознакомиться с историей появления анемометра, собрать информацию о видах приборов для измерения скорости ветра;

2. узнать, где используется анемометр;

3. выбрать модель механического анемометра, которую буду делать;

4. изготовить детали и собрать метеоприбор;

5. провести эксперимент по измерению скорости ветра самодельным метеоприбором.

Методы:

1. поисковый: подбор литературы в книгах, журналах, поиск информации в интернете;

2. исследовательский: изучение информации по данной теме;

3. практический: изготовление деталей метеоприбора и сборка анемометра;

4. экспериментальный: проведение испытаний сделанного прибора для измерения скорости ветра.

Объект: анемометр, сделанный своими руками.

Предмет: работа самодельного прибора для измерения скорости ветра.

Оборудование и материалы: Инструменты: ножницы, карандаш, линейка, циркуль, молоток, ножовка (пила), канцелярские зажимы. Материалы: бумага, картон, фанера, рейка, гвозди, клей, пластилин.

Актуальность: тема является актуальной, так как приобретение навыков в изготовлении простейших физических приборов поможет изучению окружающего мира.

Гипотеза: можно в домашних условиях сделать прибор для измерения скорости ветра.

Глава 1. Анемометр - прибор для измерения скорости движения воздуха.

1. 1. История появления и виды анемометров

Анемометр — это прибор для измерения скорости движения воздуха, другое его название «Ветромер».

Ветер – это движение воздуха в любом направлении. [2] Движение воздуха есть не только на улице, но и в помещениях от работы кондиционера, фена, вентилятора и просто из-за сквозняков через открытые окна и двери. [7] Скорость ветра может быть разной: от лёгкого ветерка до сильного шторма. Для описания скорости ветра используют специальные шкалы и приборы.

Раньше скорость и направление ветра люди определяли по деревьям и кустарникам, потом с помощью лент из ткани, флагов, ветровых конусов. [8]

Самое раннее описание анемометра и рисунок прибора сделаны в 15 веке итальянским ученым Леоном Баттистой Альберти. Альберти представил некий инструмент с качающейся пластиной на хвосте (Приложение 2). Альберти писал «Назначение лопасти состоит в том, чтобы держать маленькую пластину обращенной к ветру. За маленькой пластиной (на рисунке TAVOLETTA) установлена дуга со шкалой для измерения отклонений пластины (на рисунке ARCHO». Этот анемометр предназначался для использования на морских суднах. [10]

Через полвека итальянский ученый Леонардо да Винчи доработал анемометр Альберти (Приложение 3).Он рассматривал анемометр как часть более общей системы наблюдений за природой, связывая измерения ветра с движением облаков, полётом птиц и изменением погоды. Анемометр да Винчи состоял из вертикальной оси, на которой вращался венец с лопастями, расположенными под углом. По углу поворота мельничного венца можно было определить скорость и направление воздушного потока (Приложение 3). [15]

Далее в 1667 году англичанин Роберт Гук, на основе анемометра Альберти изготовил свой простой и удобный механический прибор. Роберт Гук занимался не только теорией, но и конструированием приборов, поэтому спомощью его анемометра моряки могли оценивать скорость ветра во время плавания и принимать решения о постановке парусов и выборе курса. Анемометр Гука использовался в морском деле 250 лет. Для измерения скорости ветра использовалась пластина или лопасть, которая отклонялась при движении воздуха и показывала на шкале скорость ветра. Сейчас такие анемометры называются лопастными (Приложение 4). [6]

В 1748 году российский учёный Михаил Васильевич Ломоносов предложил другую конструкцию механического анемометра. В своём приборе, для измерения скорости ветра, он впервые использовал небольшое колесико с крыльями, так называемую «Крыльчатку». [4] Создавая свой анемометр, Ломоносов стремился сделать измерения более точными и удобными. Крыльчатка вращалась под действием ветра, а связанный с ней счётный механизм позволял определить, сколько оборотов она совершила за определённое время. Анемометр Ломоносова был важным шагом в развитии метеорологических приборов. Идея использовать крыльчатку для измерения скорости воздушного потока. оказалась настолько удачной, что крыльчатка Михаила Ломоносова широко применяется в современных анемометрах (Приложение 5). [12]

В 1845 году английский инженер Джон Томас Робинсон предложил другую конструкцию анемометра. На вертикальной оси он закрепил несколько (обычно три или четыре) вращающиеся полусферических чашечки. Когда на них дул ветер, чашечки начинали вращаться вокруг оси (Приложение 6).Такой прибор называется «чашечным». [16] Конструкция Робинсона оказалась удачной, потому что чашечный анемометр хорошо улавливают ветер почти с любого направления. Это значит, что прибор не нужно постоянно поворачивать навстречу ветру, как некоторые другие анемометры. Достаточно установить его на открытом месте, и чашечки сами начнут вращаться. Для удобства измерений к оси с чашечками подключали счётный механизм, который фиксировал количество оборотов за определённое время. Чашечный анемометр был не только удобен в обращении, но и достаточно надёжен для длительных наблюдений на открытом воздухе. Металлические или жёсткие чашечки хорошо выдерживали дождь, снег и сильный ветер, а простая механическая схема позволяла ремонтировать прибор при необходимости.

В 1863 году свою простую конструкцию анемометра предложил швейцарский физик Генрих Вильд. Конструкция давала более хорошие показания за счет уравновешивания измерительной пластины в оси с помощью груза, укрепленного на указывающей стрелке. [6] В 1868 году Генрих Вильд был приглашен в Россию, где получил звание экстраординарного академика по физике и метеорологии Императорской академии наук (Приложение 7).

7 августа 1887 года произошло интересное событие – Дмитрия Ивановича

Менделеева пригласили подняться на воздушном шаре и совершить научные наблюдения за солнечным затмением. [5] Предполагалось, что в воздушном шаре будет два человека: Менделеев и поручик, но утренний дождь намочил аэростат, и тот не мог поднять в воздух двух человек. Менделеев что-то сказал поручику, и тот вылез из корзины. После этого шар отвязали, и он начал подниматься. Менделеев выкинул из корзины табурет, на котором предполагалось сидеть, и начал руками выбрасывать отсыревший балласт из песка. После того, как Менделеев поднялся в воздух в одиночку, наступила темнота, которая длилась чуть больше 2 минут. Вскоре воздушный шар скрылся из виду в низкой облачности. Это не помешало Менделееву вести дневник, где он отмечал показания анемометра, анероида, термометра и барографа (Приложение 8).[19]

1. 2. Где используется анемометр

Развитие анемометров продолжается до сегодняшнего дня. Анемометр является незаменимым для метеорологов и строителей, пилотов и моряков, а также для любителей водных видов спорта, парашютистов и других людей, которые нуждаются в точной информации о скорости ветра. [18]

Современные анемометры могут быть как полностью механическими, так и электронными, в которых измерительная часть соединена с цифровым индикатором или даже с компьютером. Многие приборы позволяют не только видеть мгновенное значение скорости ветра, но и запоминать результаты, строить графики изменения скорости во времени и передавать данные по проводной или беспроводной связи.

В настоящее время из механических анемометров часто используются: чашечные и крыльчатые. Чашечные анемометры измеряют скорость ветра по частоте вращения чашечек, а крыльчатые — по числу оборотов крыльчатки за определённое время.Они просты по устройству и надёжно работают в разных погодных условиях, поэтому их часто устанавливают на метеостанциях, промышленных объектах и учебных площадках для наблюдений за погодой. [16] Их чаще всего используют на метеостанциях и для измерения движения

воздуха на заводах и фабриках.

Кроме механических приборов, есть и другие более современные виды анемометров: тепловые, лазерные, ультразвуковые и др.. Каждый из видов приборов измеряет движение воздуха, они используются для конкретной работы: на метеостанциях, авиационной и морской навигации, строительстве высоких домов и небоскребов, выявляет дефекты в установке дверей и окон,

бывают в современных автомобилях. [14]

Тепловые анемометры работают интересным способом, они измеряют скорость ветра, когда ветер дует на специальный нагретый датчик, тем самым охлаждая его. Чем сильнее поток воздуха, тем быстрее остывает нагретый элемент. Тепловые анемометры часто используют там, где важно контролировать движение воздуха в помещениях: в шахтах и лабораториях, в системах вентиляции и кондиционирования на предприятиях (Приложение 9). [17] С их помощью проверяют, достаточно ли хорошо проветриваются комнаты, правильно ли работает вытяжка.

Лазерные анемометры тоже современные. Чтобы измерить скорость ветра используется лазерный луч, по времени это занимает меньше секунды. Они отличаются высокой точностью и могут измерять скорость ветра даже на небольшом расстоянии перед самолётом или в определённой зоне около взлётно‑посадочной полосы. Это особенно важно для безопасности полётов, потому что резкие изменения ветра могут быть опасны для воздушных судов (Приложение 10). Лазерные анемометры широко применяются в авиации и на аэродромах, а также в научных исследованиях атмосферы. С их помощью изучают воздушные потоки, турбулентность и распределение скорости ветра на разных высотах. Такие приборы помогают лучше понимать, как ведёт себя воздух при изменении погоды, и улучшать прогнозы.

Ультразвуковые анемометры самые современные. [13] Измерения проводятся с помощью ультразвуковых сигналов (звуковые волны очень высокой частоты, которые человек не слышит) между специальными датчиками. Когда воздух спокоен, ультразвуковой сигнал проходит от одного датчика к другому за определённое время. Если появляется ветер, поток воздуха либо ускоряет, либо замедляет прохождение сигнала. Прибор измеряет разницу во времени прихода ультразвука по разным направлениям и по этим данным вычисляет скорость и направление ветра. Используются для точных измерений движения воздуха, например, в научных исследованиях (Приложение 11). [11]

Анемометры бывают переносными и стационарными. Переносные анемометры удобно брать с собой на улицу, в поход или на спортивные занятия, а стационарные устанавливают на мачтах, крышах зданий или в будках метеостанций, чтобы они постоянно измеряли скорость ветра в одном и том же месте. Полученные данные записываются в журналы наблюдений или передаются на компьютер для дальнейшей обработки.

Благодаря этим приборам люди могут вовремя узнавать о сильном ветре, штормах и других опасных явлениях и принимать меры безопасности.

Глава 2. Анемометр своими руками

2.1. Изготовление механического анемометра

Мне понравился простой и удобный анемометр с одной лопастью, который я решил сделать своими руками. На листах бумаги с помощью линейки и карандаша дедушка нарисовал чертеж. [9] После этого приступили к подготовке деталей из выбранных материалов. Начали с основания – с того, на чем стоит вся конструкция. Для основания взяли фанеру и отмерили нужный размер. Потом дедушка показал, как пилить ножовкой, и я отпилил лишнее (Рис.1).

Стойку и стрелку сделали из рейки, для этого я отпилил нужную длину (Рис. 2). Три основные части готовы. Далее сделали отдельные детали стрелки. Для наконечника, хвоста, шкалы и лопасти отлично подошёл картон (Рис. 3).

Детали готовы, приступили к сборке. Отметили место где будет крепится стойка к основанию (Рис. 4). Я прибил стойку к основанию гвоздем (Рис. 5).

В стрелке для наконечника и хвоста я ножовкой пропилил прорези: с одной стороны, где крепился наконечник прорезь была горизонтальная, а где крепился хвост – вертикальная. Намазали клеем детали и вставили в прорези (Рис. 6). Потом отметили карандашом центр на стрелке, и соединили со стойкой гвоздиком, но не плотно, чтобы стрелка могла двигаться по кругу (Рис. 7).

Для изготовления шкалы сначала я циркулем нарисовал на картоне два полукруга, рисунок стал похож на транспортир. Для шкалы мне нужна только половина нарисованного транспортира, поэтому я вырезал из картона только нужную часть (Рис. 8). Затем прикрепил клеем шкалу на стрелку снизу (Рис. 9).

Лопасть изготовлена из картона, чтобы установить лопасть мы разогнули канцелярскую скрепку и сделали ось, чтобы лопасть вращалась. Когда прибор собрали, увидел, что стрелка стоит неровно. Чтобы её выровнять, я добавил на наконечник стрелы несколько кусочков пластилина, пока она не уравновесилась.

2.2. Проведение эксперимента и проверка работы анемометра

Для проведения эксперимента и проверки анемометра в деле можно включить вентилятор или фен, и направить поток воздуха на наш прибор, и лопасть должна отклонятся, тем самым показать на шкале скорость ветра. [1]

Мы так и сделали, включили фен и направили поток воздуха на наш прибор. Но лопасть работала плохо, потому что она получилась узкой, а стойка, на которую крепилась наша стрелка со шкалой, закрывала собой поток воздуха (Рис. 10).

Мы с дедушкой подумали и переделали лопасть, сделали её шире (Рис. 11).

Провели эксперимент ещё раз, и он оказался успешным, при движении

воздуха лопасть отклонялась, и теперь мы можем измерять скорость ветра

моим анемометром (Рис. 12).

Чтобы понять какую скорость движения воздуха показывает наш анемометр, мы взяли электронный, и поставили рядом с механическим. Включили вентилятор. Лопасть отклонилась, электронный анемометр показал скорость ветра 1 м/с., и мы сделали отметку «рисочку» 1 м/с на нашей шкале (Рис. 13).

После этого мы включили фен лопасть отклонилась сильнее. Электронный анемометр показал 2,5 м/с. Мы сделали вторую отметку и подписали 2,5 м/с. Затем еще увеличили скорость фена, наша лопасть отклонилась ещё дальше. По данным электронного анемометра скорость была уже 4 м/с, что мы зафиксировали на нашей шкале.

Нанесли слой грунтовки, подождали пока высохнет, и покрасили прибор (Рис. 14). Самодельный анемометр готов (Рис. 15).

Заключение

Мой исследовательский проект получился интересный. Я узнал про анемометры, которые делали раньше и какие делают сейчас, и где они используются. Выбрал модель механического анемометра, изготовил настоящий метеоприбор. Делая анемометр, я сам выпиливал основание, вручную пилил рейки, и прорези для наконечника и хвоста. Сам соединил гвоздями детали прибора и был уверен, что мы делаем все правильно. Во время эксперимента с вентилятором подвижная деталь работала плохо, потому что она оказалась слишком узкой. Пришлось переделать лопасть, сделали её шире. Провели эксперимент ещё раз. На этот раз эксперимент оказался удачным, нам удалось измерить скорость движения воздуха моим анемометром. Выполнив поставленные задачи, я понял, как можно сделать анемометр самому. Мой анемометр измеряет скорость ветра и работает без батареек. В ходе исследования гипотеза подтвердилась. Полученные навыки изготовления прибора в домашних условиях пригодятся мне в новых исследованиях.

Использованные источники и литература

1. Барретт Р. Домашняя лаборатория для занимательных опытов. – СПб.:БХВ-Петербург, 2017. – 320 с.

2. Бейнье М., Фишу Б. Наука не скука. – СПб.: Питер, 2022. – 80 с.

3. Ваттс А. Прогноз погоды здесь и сейчас. Популярный справочник. Москва. Изд.Дом «Моя планета», 2013. – 65 с.

4. Кучин В. Изобретения метеорологических приборов. – Издательские решения, 2025. – 194 с.

5. Лосева Н. ред.-сост. М.В. Ломоносов, А.М. Бутлеров, Д.И. Менделеев. Ученые-энциклопедисты на службе Родине. – М.: Издательство «Омега-Л», 2024 – 112 с.

6. Святский Д.О., Кладо Т.Н. Занимательная метеорология. – М.: Концептуал, 2021. – 288 с.

7. Сикорук Л.Л. Физика для малышей – М.: Советские учебники, 2024. – 160 с.

8. Фарндон Дж., Беатти Р. Как всё устроено: Большое путешествие в мир обычных вещей . – М.: Лабиринт Пресс, 2021. – 80 с.

9. Юный техник Журнал «Юный техник» номер 4 апрель 1972 года Москва : Молодая гвардия, Юный техник Попул. Научно-техн. журнал ЦК ВЛКСМ. Г. 16/17 1972, №4. – 1972.

10. Альберти Л.Б. Описание первого механического анемометра в своём труде «Математические забавы», около 1450 год https://it.wikisource.org/wiki/Ludi_rerum_mathematicarum

11. Пустовой С. Что такое анемометр и как он работает? 18.10.2023 https://supereyes.ru/articles/anemometer/ustrojstvo-primenenie-vidy-anemometra/

12. Перевод Сергеенко М.Е. Анемометр, показывающий наибольшую быстроту любого ветра и одновременно изменения в его направлении, Михаила Ломоносова https://lomonosov.niv.ru/lomonosov/nauka/po-fizike-i-himii-1747-1752/science-10.htm?ysclid=mic41wmy6236446529

13. Шадриков Р. Что такое анемометр — что измеряет и как применяется аналоговый и цифровой прибор. 06.06.2023.https://https://instrumentgid.ru/chto-takoe-anemometr/kartinny.ru/hudozhnik/top-60-velikih-izobreteniy-i-otkrytiy-leonardo-da-vinchi

14. Анемометр — что это и для чего нужен прибор? https://www.meratest.ru/articles/anemometr-chto-eto-i-dlya-chego-nuzhen-pribor/?ysclid=mim51yjmhx998101434

15. ТОП-20 великих изобретений Леонардо да Винчи и что за ними скрывается на самом деле 13.12.2021 https://artchive.ru/leonardodavinci/stories/24517?ysclid=mibsev56vv170443823

16. О метеорологическом приборе Анемометре 17.07.2020 https://www.kazhydromet.kz/ru/post/228

17. Десять причин использовать анемометр для обследования и определения инфильтрации через светопрозрачные конструкции окон. Оконный МастерЪ. 24.01.2025. https://dzen.ru/b/Z5MkqeCmTzCIGrdz

18. Что такое анемометр? Кратко и просто. 15 мая 2023 https://dzen.ru/a/ZGIgL8OB01wUNS8l

19. Каталог Выставки [картин, портретов, эскизов и этюдов И.Е.] Репина [в 1891 г.]. — [Санкт-Петербург] 1891. — 5 с.; 34. Пункт 43 с. 2. https://viewer.rusneb.ru/ru/000200_000018_v19_rc_1565237?page=4&rotate=0&theme=white