Skąd bierze się siła, z jaką wiatr napiera na przeszkodę?
Powietrze ma masę, więc zatrzymane na przeszkodzie oddaje jej swój pęd. Im szybciej płynie, tym więcej kilogramów uderza w powierzchnię w każdej sekundzie i tym szybciej każdy z nich hamuje, dlatego prędkość wchodzi do rachunku dwa razy, czyli w kwadracie. To dlatego różnica między wiatrem umiarkowanym a wichurą jest tak dotkliwa: prędkość rośnie dwukrotnie, a napór czterokrotnie. Drugi czynnik to kształt: płaska tablica zatrzymuje strugę całkowicie, a walec czy kula pozwalają jej opłynąć przeszkodę i tracą znacznie mniej pędu.
Wzór i przykład
siła = ½ × gęstość powietrza × prędkość² × współczynnik oporu × powierzchnia
- Wiatr wieje z prędkością 90 km/h, czyli 25 metrów na sekundę.
- Ciśnienie dynamiczne to 0,5 × 1,225 × 25², czyli 382,8 paskala.
- Baner 3 na 2 metry ma 6 m² i współczynnik oporu 1,2.
- Siła parcia wynosi 382,8 × 1,2 × 6 = 2 756,3 niutona, czyli 281,1 kilograma siły.
- Poryw półtora raza silniejszy podnosi napór do 6 201,6 niutona.
| Prędkość wiatru | Ciśnienie dynamiczne | Siła na 6 m² |
|---|---|---|
| 50 km/h | 118,2 Pa | 850,7 N |
| 70 km/h | 231,6 Pa | 1 667,4 N |
| 90 km/h | 382,8 Pa | 2 756,3 N |
| 110 km/h | 571,9 Pa | 4 117,4 N |
| 130 km/h | 798,7 Pa | 5 750,7 N |
Stopień skali dla danej prędkości poda kalkulator skali Beauforta, obciążenie połaci pokrywą śnieżną kalkulator śniegu na dachu, a opór powietrza dla poruszającego się ciała kalkulator oporu powietrza.
Najczęstsze pytania
Jaka siła działa na baner 3 na 2 metry przy wietrze 90 km/h?
2 756,3 niutona, czyli około 281 kilogramów siły. Ciśnienie dynamiczne wynosi wtedy 382,8 paskala, a powierzchnia płaska ma współczynnik oporu 1,2.
Dlaczego dwa razy mocniejszy wiatr daje cztery razy większy napór?
Bo prędkość wchodzi do wzoru w kwadracie. Wiatr 50 km/h naciska na sześć metrów kwadratowych siłą 850,7 niutona, a 100 km/h już czterokrotnie mocniej.
Co to jest ciśnienie dynamiczne?
Nadwyżka ciśnienia powstająca przy zatrzymaniu strugi powietrza. Przy 90 km/h wynosi 382,8 paskala, czyli niecałe cztery tysięczne ciśnienia atmosferycznego, a mimo to potrafi wyrwać tablicę z mocowań.
Jak uwzględnić porywy wiatru?
Licząc dla prędkości porywu, a nie średniej. Poryw półtora raza silniejszy od średniej daje napór ponad dwukrotnie większy, bo przelicznik podnosi się do kwadratu: przy 90 km/h średniej wychodzi 6 201,6 niutona.
Skąd wziąć współczynnik oporu?
Z kształtu przeszkody. Płaska tablica lub baner ma około 1,2, rura albo słup około 0,7, a kula 0,47, bo opływowy kształt pozwala powietrzu zamknąć się za przeszkodą bez gwałtownych zawirowań.