SMG-4500 Tuulivoima. Ensimmäisen luennon aihepiirit. Ilmavirtojen liikkeisiin vaikuttavat voimat TUULEN LUONNONTIETEELLISET PERUSTEET

Samankaltaiset tiedostot
SMG-4500 Tuulivoima. Ensimmäisen luennon aihepiirit. Ilmanpaine Ilmavirtojen liikkeisiin vaikuttavat voimat ILMANPAINE (1/2)

SMG-4500 Tuulivoima. Toisen luennon aihepiirit VOIMIEN YHTEISVAIKUTUKSISTA SYNTYVÄT TUULET

DEE Tuulivoiman perusteet

DEE Tuulivoiman perusteet, 5 op

Länsiharjun koulu 4a

Fysiikan ja kemian perusteet ja pedagogiikka Kari Sormunen Kevät 2012

Luento 4: Suhteellinen liike ja koordinaatistomuunnoksia

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

766323A Mekaniikka, osa 2, kl 2015 Harjoitus 4

HARJOITUS 4 1. (E 5.29):

Luento 4: Suhteellinen liike ja koordinaatistomuunnoksia

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

Fluidi virtaa vaakasuoran pinnan yli. Pinnan lähelle muodostuvan rajakerroksen nopeusjakaumaa voidaan approksimoida funktiolla

SMG-4500 Tuulivoima. Neljännen luennon aihepiirit. Tuulivoimalan rakenne. Tuuliturbiinin toiminta TUULIVOIMALAN RAKENNE

Vedetään kiekkoa erisuuruisilla voimilla! havaitaan kiekon saaman kiihtyvyyden olevan suoraan verrannollinen käytetyn voiman suuruuteen

Luento 6: Suhteellinen liike ja koordinaatistomuunnoksia

on hidastuvaa. Hidastuvuus eli negatiivinen kiihtyvyys saadaan laskevan suoran kulmakertoimesta, joka on siis

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

Sääilmiöt tapahtuvat ilmakehän alimmassa kerroksessa, troposfäärissä (0- noin 15 km).

FYSIIKKA. Mekaniikan perusteita pintakäsittelijöille. Copyright Isto Jokinen; Käyttöoikeus opetuksessa tekijän luvalla. - Laskutehtävien ratkaiseminen

Suhteellinen nopeus. Matkustaja P kävelee nopeudella 1.0 m/s pitkin 3.0 m/s nopeudella etenevän junan B käytävää

PELASTUSKOIRA - ilmavirtausten perusteet

Vertaileva lähestymistapa järven virtauskentän arvioinnissa

Aiheena tänään. Virtasilmukka magneettikentässä Sähkömagneettinen induktio. Vaihtovirtageneraattorin toimintaperiaate Itseinduktio

RATKAISUT: 19. Magneettikenttä

SMG-4500 Tuulivoima. Kolmannen luennon aihepiirit ILMAVIRTAUKSEN ENERGIA JA TEHO. Ilmavirtauksen energia on ilmamolekyylien liike-energiaa.

Luento 7: Voima ja Liikemäärä

Kpl 2: Vuorovaikutus ja voima

:37:37 1/50 luentokalvot_05_combined.pdf (#38)

Luku 27. Tavoiteet Määrittää magneettikentän aiheuttama voima o varattuun hiukkaseen o virtajohtimeen o virtasilmukkaan

Luku 13. Kertausta Hydrostaattinen paine Noste

a) Kuinka pitkän matkan punnus putoaa, ennen kuin sen liikkeen suunta kääntyy ylöspäin?

Diplomi-insinöörien ja arkkitehtien yhteisvalinta - dia-valinta 2013 Insinöörivalinnan fysiikan koe , malliratkaisut

Luku 13. Kertausta Hydrostaattinen paine Noste

Fysiikan perusteet. Voimat ja kiihtyvyys. Antti Haarto

SMG-4500 Tuulivoima. Kolmannen luennon aihepiirit TUULEN TEHO

Sähköstatiikka ja magnetismi

NEWTONIN LAIT MEKANIIKAN I PERUSLAKI MEKANIIKAN II PERUSLAKI MEKANIIKAN III PERUSLAKI

782630S Pintakemia I, 3 op

g-kentät ja voimat Haarto & Karhunen

Kitka ja Newtonin lakien sovellukset

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

Liike ja voima. Kappaleiden välisiä vuorovaikutuksia ja niistä aiheutuvia liikeilmiöitä

Fysiikka 1. Dynamiikka. Voima tunnus = Liike ja sen muutosten selittäminen Physics. [F] = 1N (newton)

Erkki Haapanen Tuulitaito

SMG 4500 Tuulivoima. Luentotiivistelmät

Nyt kerrataan! Lukion FYS5-kurssi

Luento 9: Potentiaalienergia

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

Luento 11: Potentiaalienergia. Potentiaalienergia Konservatiiviset voimat Voima potentiaalienergiasta gradientti Esimerkkejä ja harjoituksia

Fysiikan perusteet ja pedagogiikka (kertaus)

y 2 h 2), (a) Näytä, että virtauksessa olevan fluidialkion tilavuus ei muutu.


Mekaniikan jatkokurssi Fys102

Piirrä kirjaan vaikuttavat voimat oikeissa suhteissa toisiinsa nähden. Kaikki kappaleet ovat paikallaan

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

VUOROVAIKUTUKSESTA VOIMAAN JA EDELLEEN LIIKKEESEEN. Fysiikan ja kemian perusteet ja pedagogiikka, luento Kari Sormunen

Luento 7: Pyörimisliikkeen dynamiikkaa

SMG-4500 Tuulivoima. Neljännen luennon aihepiirit. Tuulivoimalan rakenne. Roottorin toimintaperiaate TUULIVOIMALAN RAKENNE

Luento 9: Potentiaalienergia

W el = W = 1 2 kx2 1

KAASUJEN YLEISET TILANYHTÄLÖT ELI IDEAALIKAASUJEN TILANYHTÄLÖT (Kaasulait) [pätevät ns. ideaalikaasuille]

VUOROVAIKUTUKSESTA VOIMAAN JA EDELLEEN LIIKKEESEEN. Fysiikan ja kemian pedagogiikan perusteet (mat/fys/kem suunt.), luento 1 Kari Sormunen

Magneettikentät. Haarto & Karhunen.

Luvun 5 laskuesimerkit

Valomylly. (tunnetaan myös Crookesin radiometrinä) Pieni välipala nykyisin lähinnä leluksi jääneen laitteen historiasta.

Gravitaatio ja heittoliike. Gravitaatiovoima Numeerisen ratkaisun perusteet Heittoliike

Liike pyörivällä maapallolla

1.4 Suhteellinen liike

8 Suhteellinen liike (Relative motion)

15. Rajakerros ja virtaus kappaleiden ympäri. KJR-C2003 Virtausmekaniikan perusteet

Suomen Navigaatioliitto Finlands Navigationsförbund Rannikkomerenkulkuopin tutkinnon ratkaisut

Voima F tekee työtä W vaikuttaessaan kappaleeseen, joka siirtyy paikasta r 1 paikkaan r 2. Työ on skalaarisuure, EI vektori!

Magneettikenttä. Liikkuva sähkövaraus saa aikaan ympärilleen sähkökentän lisäksi myös magneettikentän

Luento 6: Suhteellinen liike ja koordinaatistomuunnoksia

Luento 10: Työ, energia ja teho. Johdanto Työ ja kineettinen energia Teho

Luento 5: Käyräviivainen liike. Käyräviivainen liike Heittoliike Ympyräliike Kulmamuuttujat θ, ω ja α Yhdistetty liike

Ideaalikaasulaki. Ideaalikaasulaki on esimerkki tilanyhtälöstä, systeemi on nyt tietty määrä (kuvitteellista) kaasua

Kertaus 3 Putkisto ja häviöt, pyörivät koneet. KJR-C2003 Virtausmekaniikan perusteet

FYSIIKAN HARJOITUSKOE I Mekaniikka, 8. luokka

Fysiikan valintakoe , vastaukset tehtäviin 1-2

Purjehdi Vegalla - Vinkki nro 2

PHYS-C0220 Termodynamiikka ja statistinen fysiikka Kevät 2017

1.1 Magneettinen vuorovaikutus

Luento 7: Voima ja Liikemäärä. Superpositio Newtonin lait Tasapainotehtävät Kitkatehtävät Ympyräliike Liikemäärä

KJR-C2003 Virtausmekaniikan perusteet, K2017 Tentti, perjantai :00-12:00 Lue tehtävät huolellisesti. Selitä tehtävissä eri vaiheet.

Vastaa kaikkiin kysymyksiin. Oheisista kaavoista ja lukuarvoista saattaa olla apua laskutehtäviin vastatessa.

4) Törmäysten lisäksi rakenneosasilla ei ole mitään muuta keskinäistä tai ympäristöön suuntautuvaa vuorovoikutusta.

Avainsanat: Korkeapaine, matalapaine, tuuli, tuulijärjestelmät, tuulen synty. Välineet: Videotykki, PowerPoint-esitys, karttamoniste, tehtävämoniste

Suomen Navigaatioliitto Finlands Navigationsförbund Rannikkomerenkulkuopin tutkinto

KYSYMYS: Lai*akaa varaukset järjestykseen, posi9ivisesta nega9ivisempaan.

2.2 Principia: Sir Isaac Newtonin 1. ja 2. laki

Luento 5: Käyräviivainen liike

Purjelennon Teoriakurssi Sääoppi, osa 2 Veli-Matti Karppinen, VLK

TÄSSÄ ON ESIMERKKEJÄ SÄHKÖ- JA MAGNETISMIOPIN KEVÄÄN 2017 MATERIAALISTA

Suomen Navigaatioliitto Finlands Navigationsförbund Rannikkomerenkulkuopin tutkinnon ratkaisut. Rannikkomerenkulkuoppi

Luento 3: Käyräviivainen liike

Transkriptio:

SMG-4500 Tuulivoima Ensimmäisen luennon aihepiirit Tuuli luonnonilmiönä: Ilmavirtojen liikkeisiin vaikuttavat voimat 1 TUULEN LUONNONTIETEELLISET PERUSTEET Tuuli on ilman liikettä suhteessa maapallon pyörimisliikkeeseen. Ilmavirtojen liikkeeseen vaikuttavia voimia voidaan luokitella viisi kappaletta: Painegradienttivoima Keskihakuvoima Coriolis-voima Kitka Gravitaatio 2 1

PAINEGRADIENTTIVOIMA (1/2) Ilmanpaine kuvaa sitä voimaa pinta-alayksikköä kohti, jonka ilma kohdistaa kappaleeseen. Painegradientti on olemassa aina silloin, kun ilmanpaine muuttuu paikan suhteen. Ilmanpaineeseen vaikuttavia tekijöitä ovat esimerkiksi lämpötila, ilmankosteus ja gravitaatio. Painegradientteja esiintyy sekä vaaka- että pystysuunnassa. Säätiedotusten isobaarikartat esittävät ilmanpainelukemia merenpinnan tasolla. Isobaarikartoista saadaan siis selville vain vaakasuorat painegradientit. Mitä voit päätellä painegradientista oheisen kuvan perusteella? 3 PAINEGRADIENTTIVOIMA (2/2) Luonnossa paine-erot pyrkivät aina tasoittumaan. Ilma virtaa korkeammasta paineesta kohti matalampaa painetta niin kauan, kuin painegradientti on olemassa. Painegradientti siis aiheuttaa tuulen. Mitä suurempi painegradientti on, sitä voimakkaampaa on tuuli. Painegradienttivoiman suunta on aina isobaareihin nähden kohtisuorassa. 4 2

KESKIHAKUVOIMA Newtonin I laki: kiihtyvässä liikkeessä olevaan kappaleeseen kohdistuu aina nollasta poikkeava nettovoima. Kaarevalla radalla oleva kappale on aina kiihtyvässä liikkeessä, sillä mahdollisesta vakiovauhdista huolimatta nopeuden suunta muuttuu jatkuvasti. Kun moukarinheittäjä irrottaa vaijerista, metallikuula lähtee tangentin suuntaan, jolloin vakionopeus on ideaalitilanteessa mahdollista. Ennen irrottamista heittäjä kohdistaa moukariin sisäänpäin vaikuttavan voiman, joka rajoittaa sen liikeradan ympyräksi. Tätä voimaa kutsutaan keskihakuvoimaksi. Ilmavirtojen reitit ovat harvoin suoria, joten keskihakuvoima vaikuttaa myös tuuliin. Tuulen yhteydessä keskihakuvoima on seuraus ilmavirtoihin vaikuttavien voimien välisestä epätasapainosta. 5 CORIOLIS-VOIMA (1/2) 6 3

CORIOLIS-VOIMA (2/2) Jos maapallo ei pyörisi, ilma voisi virrata suoraan korkeapaineesta matalapaineeseen. Coriolis-ilmiö on seuraus maapallon pyörimisestä oman akselinsa ympäri. Pyörimissuunta on itään päin, minkä seurauksena maapallolla olevan tarkkailijan silmin ilmavirtaus kaartuu pohjoisella pallonpuoliskolla oikealle ja eteläisellä pallonpuoliskolla vasemmalle. Mitä nopeammin ilma virtaa, sitä suurempi on coriolis-ilmiön aiheuttama poikkeama. Mitä nopeammin ilma virtaa, sitä pidemmän matkan se kulkee tietyssä ajassa. Mitä pidemmän matkan ilma liikkuu, sitä enemmän maapallon pyöriminen vaikuttaa. 7 KITKA (1/2) Kitka mielletään usein kiinteiden kappaleiden välistä liikettä vastustavaksi voimaksi. Kitka on kuitenkin merkittävä tekijä myös nesteiden ja kaasujen liikkeessä. Nesteen ja kaasun kitkaa kutsutaan viskositeetiksi. Pienessä mittakaavassa nesteen/kaasun kitka johtuu molekyylien satunnaisesta liikkeestä. Molekyyliviskositeetti ei erityisemmin vaikuta ilmavirtojen liikkeeseen. Suuressa mittakaavassa nesteen/kaasun kitka johtuu virtauksen pyörteistä. Pyörreviskositeetti vaikuttaa merkittävästi ilmavirtojen liikkeeseen. Kun ilmavirtaus kohtaa esteen, pyörteitä syntyy kuvan mukaisesti esteen taakse. Osa ilmavirtauksen liike-energiasta kuluu pyörteisiin, joten pyörreviskositeetti hidastaa ilmavirtauksia. 8 4

KITKA (2/2) Mitä epätasaisempi maan pinta on, sitä voimakkaammin pyörreviskositeetti hidastaa ilmavirtausta. Esimerkiksi pelto hidastaa ilmavirtausta vähemmän kuin metsä. Pyörreviskositeetti heikkenee nopeasti, kun etäisyys maan pinnasta kasvaa. Tästä syystä tuulen nopeus on sitä suurempi, mitä korkeammalle noustaan. Kun noustaan noin 1 km korkeudelle maan pinnasta, pyörreviskositeetti ei enää vaikuta ilmavirtaukseen. Sitä ilmakerrosta, jossa pyörreviskositeetti hidastaa ilmavirtausta, kutsutaan rajakerrokseksi tai kitkakerrokseksi. Rajakerroksen paksuus on luokkaa 1 km.. 9 GRAVITAATIO Koska ilmavirrat koostuvat massallisista hiukkasista, gravitaatio vaikuttaa niiden liikkeeseen. Koska gravitaatiovoima vaikuttaa maan pintaa vastaan kohtisuorasti, gravitaatio ei vaikuta maan pinnan suuntaisten ilmavirtausten energiaan. Gravitaatio vaikuttaa laskeviin ja nouseviin ilmavirtauksiin. Kesällä 2010 uutisiin nousseet syöksyvirtaukset ovat yksi esimerkki gravitaation vaikutuksesta ilmavirtauksiin. Syöksyvirtaus syntyy, kun sadepisarat haihtuvat pilven alapuolella kuivassa ilmassa. Haihtuminen sitoo energiaa, joten ilman lämpötila laskee paikallisesti. Samalla ilman tiheys kasvaa lämpövärähtelyn vaimentuessa. Syntynyt raskas ilma putoaa nopeasti alaspäin ja kääntyy vaakasuuntaiseksi kohdatessaan maan pinnan. 10 5