Aerodynamika i żeglarstwo

Przelicznik skali Beauforta i parcia wiatru.

Przeliczaj natychmiastowo prędkość wiatru pomiędzy km/h, m/s, węzłami (knots) a stopniami Beauforta (°B). Oblicz fizyczną siłę nacisku dynamicznego wiatru na 1 metr kwadratowy ściany, żagla lub połaci dachu.

Przelicznik prędkości i siły aerodynamicznej wiatru

Stopień w skali Beauforta i zjawiska
6°B — SILNY WIATR
Dynamiczne parcie wiatru: ~96 Pa (ok. 9.8 kg nacisku na m²)

Grube gałęzie w ciągłym ruchu, świst wiatru w przewodach napowietrznych, trudności z utrzymaniem parasola w rękach. Na morzu tworzą się duże fale z białymi grzywaczami.

Fizyka parcia dynamicznego wiatru — Jak wiatr niszczy dachy?

Gdy cząsteczki poruszającego się powietrza napotykają przeszkodę (ścianę budynku, dach, baner reklamowy, żagiel jachtu), ich prędkość zostaje wyhamowana niemal do zera. Zgodnie z równaniem Bernoulliego energia kinetyczna strumienia powietrza przekształca się w ciśnienie dynamiczne (\(q\)):

\[ q = \frac{1}{2} \rho v^2 \]

Gdzie:

  • \(\rho \approx 1.225 \text{ kg/m}^3\) — gęstość suchego powietrza przy ciśnieniu 1013 hPa i temperaturze 15°C
  • \(v\) — prędkość wiatru wyrażona w metrach na sekundę (m/s)

Uwaga na kwadrat prędkości! Ponieważ ciśnienie rośnie proporcjonalnie do kwadratu prędkości, dwukrotny wzrost prędkości wiatru oznacza czterokrotny wzrost siły naporu! Przy wietrze o prędkości 60 km/h (16.7 m/s) napór wynosi ok. 170 Pa (17 kg/m²). Gdy wiatr w porywie osiągnie 120 km/h (33.3 m/s), siła uderzenia wzrasta aż do 680 Pa (ponad 70 kg nacisku na każdy metr kwadratowy!), co bez trudu zrywa poszycia dachowe i łamie pnie starych drzew.

Tabela stopni skali Beauforta na lądzie i morzu

Stopień (°B) Prędkość (km/h) Węzły (knots) Określenie Objawy na lądzie
0 < 1 < 1 Cisza (Flauta) Dym unosi się pionowo ku górze.
2 6 – 11 4 – 6 Słaby wiatr Powiew wyczuwalny na twarzy, liście szeleszczą.
4 20 – 28 11 – 16 Umiarkowany wiatr Unosi kurz i kawałki papieru, porusza gałązkami.
6 39 – 49 22 – 27 Silny wiatr Porusza grubymi gałęziami, świszcze w instalacjach.
8 62 – 74 34 – 40 Wichura (Sztorm) Łamie gałęzie, utrudnia chodzenie pod wiatr.
10 89 – 102 48 – 55 Bardzo silny sztorm Wyrywa drzewa z korzeniami, uszkadza dachy budynków.
12 > 118 > 64 Huragan / Orkan Katastrofalne zniszczenia, zrywanie całych konstrukcji dachowych.