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关键概念
大气
环境
速度
天气
风
引言
你有没有想过风是如何形成的？风是由气压差引起的。空气从高压区域流向低压区域。正如如果气球的开口没有系紧，空气就会从充气气球内部的高压流出一样，大气中的空气也会移动到低压区域，从而形成风。可以使用称为风速计的工具来测量风速。
风速计看起来像风向标，但它不是用指针来测量风向，而是有四个杯子，以便更准确地测量风速。每个杯子都连接到水平臂的末端，每个水平臂都安装在中心轴上，就像轮子上的辐条一样。当风吹到杯子时，它们会旋转轴。风越大，杯子旋转轴的速度就越快。你自制的风速计会旋转多快？
背景
空气由微小的分子组成。当分子被加热时，它们会移动得更快。因此，当空气被加热时，其分子会移动得更快，并且彼此之间的距离会更远，这会使空气密度降低（意味着给定体积内的分子更少）。这也意味着空气的整体压力较低。相比之下，冷空气由更紧密堆积的分子组成，因此它密度更大，压力相对较高。
由于气压倾向于平衡，因此当存在相对较低气压的区域时，周围较高压力区域的空气会移动进来。这种空气从较高压力区域到相对较低压力区域的移动会产生风。当风推动风速计上的杯子时，它们会围绕中心轴旋转。杯子旋转的速度可以用每分钟转数 (rpm) 来衡量，或者说一个杯子在一分钟内返回到其起始位置的次数。因此，风速越快，转速就越高，而较慢的空气运动则会产生较低的转速。
材料
• 五个三盎司纸杯（如迪克西杯）
• 纸张打孔器或削尖的铅笔
• 尺子
• 两根吸管
• 大头针
• 订书机
• 带橡皮擦的铅笔
• 不同速度的风扇（可选）
• 计时器（可选）
准备
• 按以下方式准备四个杯子：在每个杯子的侧面，在杯口下方约半英寸处打一个孔。
• 对于第五个杯子，在其侧面打四个等距的孔，在杯口下方约四分之一英寸处。还在底部中心打一个孔。
步骤
• 取一个单孔杯，将吸管穿过孔，直到大约一英寸的吸管在杯子内部。确保吸管水平，并将其订在杯子侧面。对另一个单孔杯和吸管重复此操作。
• 将每根吸管的空端推入五孔杯的一个侧孔，并从其对面的孔中穿出。转动杯子，使其朝向相同的方向。你认为杯子应该朝向同一方向的原因是什么？
• 将从第五个杯子突出的每根吸管的空端推入另外两个单孔杯，直到大约一英寸的吸管在每个杯子内部。转动新的杯子，使所有杯子的底部都朝向相同的方向。像对待前两个杯子一样，将吸管的末端订在每个杯子的侧面。
• 在确保所有杯子与五孔杯中心的距离大致相同后，小心地将大头针穿过两根吸管的交叉点，即五孔杯的中间。操作锋利的大头针时请小心。你认为为什么使用像大头针这样小的东西很重要？
• 将铅笔从五孔杯底部的孔中穿过，橡皮擦端朝前，直到它到达吸管。小心地将大头针推入橡皮擦。
• 风速计现在可以测量风速了。坐下时，尝试轻轻地直接向四个开口杯中的一个吹几秒钟，然后用力吹。用力吹如何改变风速计的转动方式？（如果您感到头晕或头晕，请停止并休息一下。）
• 额外：如果您有以不同速度转动的风扇，请将风速计放在风扇前面，并计算一个杯子完全转动 15 秒的次数，然后将该值乘以四。这个数字将以每分钟转数 (rpm) 为单位。在将风扇保持在相同距离的同时，重复此操作，但改变其速度。当您将风速计放在慢速风扇前与放在快速风扇前时，转速如何变化？与更快的速度相比，如果您在非常刮风的日子在户外使用风速计，您认为转速会更大吗？
• 你认为为什么风越大，风速计旋转得越快？
• 额外：外面的风速是多少？您可以在刮风的日子或在多天中将风速计带到户外以测量风速。您还可以将风速计带到不同的地点，例如开阔的田野、狭窄的通道、海边的海滩或大型湖泊（如果您住在附近），以测量和比较这些地方的风速。风最大的地方在哪里？你认为为什么那里风这么大？
• 额外：您测量的实际风速是多少，以英里/小时 (mph) 为单位？要确定这一点，首先通过测量它们形成的圆的距离（使用卷尺或可以用尺子测量的线）来计算旋转杯子形成的圆的周长。然后，通过将英寸数除以 12 得到英尺，然后再将该数除以 5280（一英里的英尺数）将其转换为英里。将此数字乘以转速。最后，将您的乘积除以 60（将分钟转换为小时），您将得到风速计旋转速度的近似值（以英里/小时为单位），尽管这没有考虑摩擦力。
观察和结果
您是否能够看到风使风速计上的杯子旋转？与较慢的风相比，更快的风是否使风速计杯子旋转得更快？
因为空气由微小的分子组成，所以当风吹到物体上时，所有这些分子都会撞击物体。这就是为什么当我们感觉到风时，我们实际上感觉到这些分子撞击我们。与较慢的风相比，更快的风会更猛烈地撞击我们，并且也会更多地移动风速计上的杯子，因为更快的风会以更快的速度移动分子。因此，在相同的时间内，更快的风会比更慢的风用更多的分子撞击物体。
如果您去过海滩或大型水体附近，您可能已经注意到那里经常刮风。这是因为在大量水与陆地相遇的地方存在不同的气压。与陆地相比，水需要更多的时间来改变其温度，因此在白天，陆地升温更快，一旦太阳下山，陆地就会更快地冷却。因此，在白天，风从海洋吹向陆地，或者从高气压区域（冷空气）吹向低气压区域（暖空气）；在晚上，风从寒冷的陆地吹向温暖的海洋。
更多探索
《气候变化可能意味着风速减慢》来自大众科学 儿童网络天气，来自美国大气研究大学联盟 (UCAR)
《测量风速》来自 Thirteen/WNET、纽约教育广播公司
《风》来自 Weatherwizkids.com
感受风，作者：Arthur Dorros
《风速计是如何工作的？》来自科学伙伴
此活动由科学伙伴和电子追逐合作推出