Wie stark weht der Wind?

selbst gebastelter Windstärkemesser

Dein Forscherauftrag im Juni

Egal ob ein laues Lüftchen weht oder Dich gerade der Sturm umpustet: Mit diesem Bausatz kannst Du selbst die Windstärke messen.

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Bauanleitung Windstärkemesser: Arbeitsblatt
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Um was geht´s?

Wind ist Sonnenenergie. Durch die unterschiedlich schnelle Erwärmung von Land und Ozeanen entstehen Tief- und Hochdruckgebiete, die durch Luftbewegungen ausgeglichen werden. Bereits unsere Vorfahren wussten diese unerschöpfliche Kraft des daraus entstehenden Windes zu nutzen. Heute wird so umweltfreundlich und klimaneutral Strom erzeugt: Mit einer modernen Windkraftanlage können mehrere tausend Haushalte versorgt werden. Um den Standort mit dem besten Ertrag zu finden, muss der Wind über einen längeren Zeitraum gemessen werden.

Was zu tun ist

Um die Windstärke und die Windgeschwindigkeit zu messen, bedarf es eines geeigneten Messgerätes, eines sogenannten Anemometers. Vielleicht kennst Du schon ein sogenanntes Schalenanemometer, wie es bei Wetterstationen häufig zu sehen ist. Wir wollen hier ein Anemometer mit Dingen bauen, die Du bestimmt alle zu Hause hast und mit dem Du die Windstärke messen kannst. Dafür bedarf es eines Tischtennisballs samt zugehöriger Werte, der im Wind bewegt wird:

  • Masse des Tischtennisballs m = 0,0027kg
  • Durchmesser des Tischtennisballs d = 0,04 m
  • Luftwiderstandsbeiwert des Tischtennisballs cW = 0,45
  • Gewicht der Luft p = 1,188 kg/m³
  • Erdbeschleunigung g = 9,81 m/s²

Nun noch eine Formel für die Skala:

  • tan alpha = FW/FG
    • FW – Luftwiderstand: FW = cW x A x ½ pv² mit A – Windangriffsfläche und v – Geschwindigkeit der Luftteilchen  
    • FG – Gewichtskraft: FG = m x g

Schritt-für-Schritt-Anleitung

  1. Konstruiere Dir eine Anemometer-Skala selbst oder drucke Dir eine entsprechende aus dem Internet auf ein A4-Blatt aus.
  2. Schneide die Skala am Rand mit einer Schere aus.
  3. Falte die Skala in der Mitte, so dass ein passgenauer Viertelkreis entsteht und klebe die Flächen aneinander. Zur Stabilisierung kannst Du auch eine dünne Pappe dazwischen kleben. Um die Skala wetterfest zu bekommen, kann man diese mit einer Folie laminieren.
  4. Klebe die Längsseite mit Klebeband an einen dicken Strohhalm.
  5. Stich mit einer Nadel oben ein Loch in die Skala an der vorgesehenen Stelle.
  6. Fädele die Angel- oder Drachenschnur in das Nadelöhr und verknote das Ende.
  7. Stich mit der Nadel vorsichtig einmal komplett durch den Tischtennisball. (Tipp: Das geht einfacher, wenn du die Nadel kurz an einer Kerze erhitzt!)
  8. Befestige die Schnur im vorgesehenen Loch an der Skala und verknote den Faden, so dass er nicht durchrutscht.
  9. Um an der Skala die Werte besser ablesen zu können, kann man noch jeweils einen dünnen Strohhalm mit auffädeln.
  10. Fertig – nun noch das Anemometer und dem festklebten dicken Strohhalm über einen etwas dünneren Holz- oder Metallstab schieben und das ganze draußen anbringen!

Materialbedarf

  • Schere
  • Klebeband
  • Nadel
  • stabile leichte Schnur (Angel- oder Drachenschnur)
  • zwei dünne und ein dicker Strohhalm
  • Holzstab
  • ein Tischtennisball
  • Anemometer-Skala selbst erstellen mit der Formel und einem Zeichendreieck oder auch im Netz z.B. unter windmesser.png (775×337) (diy4you.de)

Arbeitszeit

etwa 30 Minuten

Bauanleitung Windstärkemesser: Materialbedarf
was man so braucht
Bauanleitung Windstärkemesser: Tischtennisball durchstechen
Tischtennisball durchstechen
Bauanleitung Windstärkemesser: Skala anfertigen
Strohhalm befestigen und Loch in Skala stechen
Bauanleitung Windstärkemesser: im Garten aufstellen
alles auf Holzstab schieben
Bauanleitung Windstärkemesser: Strohhalm auffädeln
Strohhalm auffädeln

Bitte darauf achten:

Passe beim Durchstechen des Tischtennisballs darauf auf, dass Du Dich nicht verletzt. Die Nadel durchdringt den Tischtennisball ganz leicht, wenn Du diese vorher an einer Kerze erhitzt!

Schnell-Check:

Anspruch:   X X O O O

Arbeitszeit: X X O O O

Spaß:           X X X O O

Geduld:       X X O O O

Hier kommt schon die Lösung:

Warum ist das so?
Im Herbst kannst Du mit Deinem Anemometer größere Windgeschwindigkeiten messen als im Sommer. Dies liegt daran, dass im Herbst sich mit der sinkenden Sonneneinstrahlung die Luft vor allem im Norden abzukühlen beginnt, wo hingegen das Mittelmeer noch eine Temperatur von knapp 20 Grad Celsius aufweist. Es intensiviert sich also innerhalb kurzer Zeit ein extremer Temperaturunterschied und eine kräftige Luftmassengrenze auf der Nordhalbkugel – die sogenannte Polarfront. Im Sommer auch schon existent, verstärkt sich diese im Herbst und wandert nach Süden. Entlang dieser Polarfront wehen starke Westwinde rings um die Nordhalbkugel, beeinflusst von der Corioliskraft, die durch die Erdrotation hervorgerufen wird. Je stärker der Temperaturkontrast zwischen Norden und Süden ist, desto stärker weht der Wind und desto heftigere Stürme können entstehen. Übrigens gibt es dieses Phänomen auch parallel auf der Südhalbkugel.

Wo wird das angewendet?
Will man den besten Standort für Windkraftanlagen herausfinden, muss man die Windstärken über einen längeren Zeitraum genau messen. Denn je mehr Wind weht, desto höher ist der (Strom-)Ertrag der Windkraftanlage. Windstärkemesser werden daher unter anderem dort eingesetzt, wo vielleicht bald eine Windkraftanlage errichtet werden soll.

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