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關鍵概念
大氣
環境
速度
天氣
風
引言
你有沒有想過風是如何形成的？風是由氣壓差引起的。空氣從高壓區域流向低壓區域。正如如果氣球的開口沒有繫緊，空氣就會從充氣氣球內部的高壓流出一樣，大氣中的空氣也會移動到低壓區域，從而形成風。可以使用稱為風速計的工具來測量風速。
風速計看起來像風向標，但它不是用指標來測量風向，而是有四個杯子，以便更準確地測量風速。每個杯子都連線到水平臂的末端，每個水平臂都安裝在中心軸上，就像輪子上的輻條一樣。當風吹到杯子時，它們會旋轉軸。風越大，杯子旋轉軸的速度就越快。你自制的風速計會旋轉多快？
背景
空氣由微小的分子組成。當分子被加熱時，它們會移動得更快。因此，當空氣被加熱時，其分子會移動得更快，並且彼此之間的距離會更遠，這會使空氣密度降低（意味著給定體積內的分子更少）。這也意味著空氣的整體壓力較低。相比之下，冷空氣由更緊密堆積的分子組成，因此它密度更大，壓力相對較高。
由於氣壓傾向於平衡，因此當存在相對較低氣壓的區域時，周圍較高壓力區域的空氣會移動進來。這種空氣從較高壓力區域到相對較低壓力區域的移動會產生風。當風推動風速計上的杯子時，它們會圍繞中心軸旋轉。杯子旋轉的速度可以用每分鐘轉數 (rpm) 來衡量，或者說一個杯子在一分鐘內返回到其起始位置的次數。因此，風速越快，轉速就越高，而較慢的空氣運動則會產生較低的轉速。
材料
• 五個三盎司紙杯（如迪克西杯）
• 紙張打孔器或削尖的鉛筆
• 尺子
• 兩根吸管
• 大頭針
• 訂書機
• 帶橡皮擦的鉛筆
• 不同速度的風扇（可選）
• 計時器（可選）
準備
• 按以下方式準備四個杯子：在每個杯子的側面，在杯口下方約半英寸處打一個孔。
• 對於第五個杯子，在其側面打四個等距的孔，在杯口下方約四分之一英寸處。還在底部中心打一個孔。
步驟
• 取一個單孔杯，將吸管穿過孔，直到大約一英寸的吸管在杯子內部。確保吸管水平，並將其訂在杯子側面。對另一個單孔杯和吸管重複此操作。
• 將每根吸管的空端推入五孔杯的一個側孔，並從其對面的孔中穿出。轉動杯子，使其朝向相同的方向。你認為杯子應該朝向同一方向的原因是什麼？
• 將從第五個杯子突出的每根吸管的空端推入另外兩個單孔杯，直到大約一英寸的吸管在每個杯子內部。轉動新的杯子，使所有杯子的底部都朝向相同的方向。像對待前兩個杯子一樣，將吸管的末端訂在每個杯子的側面。
• 在確保所有杯子與五孔杯中心的距離大致相同後，小心地將大頭針穿過兩根吸管的交叉點，即五孔杯的中間。操作鋒利的大頭針時請小心。你認為為什麼使用像大頭針這樣小的東西很重要？
• 將鉛筆從五孔杯底部的孔中穿過，橡皮擦端朝前，直到它到達吸管。小心地將大頭針推入橡皮擦。
• 風速計現在可以測量風速了。坐下時，嘗試輕輕地直接向四個開口杯中的一個吹幾秒鐘，然後用力吹。用力吹如何改變風速計的轉動方式？（如果您感到頭暈或頭暈，請停止並休息一下。）
• 額外：如果您有以不同速度轉動的風扇，請將風速計放在風扇前面，並計算一個杯子完全轉動 15 秒的次數，然後將該值乘以四。這個數字將以每分鐘轉數 (rpm) 為單位。在將風扇保持在相同距離的同時，重複此操作，但改變其速度。當您將風速計放在慢速風扇前與放在快速風扇前時，轉速如何變化？與更快的速度相比，如果您在非常颳風的日子在戶外使用風速計，您認為轉速會更大嗎？
• 你認為為什麼風越大，風速計旋轉得越快？
• 額外：外面的風速是多少？您可以在颳風的日子或在多天中將風速計帶到戶外以測量風速。您還可以將風速計帶到不同的地點，例如開闊的田野、狹窄的通道、海邊的海灘或大型湖泊（如果您住在附近），以測量和比較這些地方的風速。風最大的地方在哪裡？你認為為什麼那裡風這麼大？
• 額外：您測量的實際風速是多少，以英里/小時 (mph) 為單位？要確定這一點，首先透過測量它們形成的圓的距離（使用捲尺或可以用尺子測量的線）來計算旋轉杯子形成的圓的周長。然後，透過將英寸數除以 12 得到英尺，然後再將該數除以 5280（一英里的英尺數）將其轉換為英里。將此數字乘以轉速。最後，將您的乘積除以 60（將分鐘轉換為小時），您將得到風速計旋轉速度的近似值（以英里/小時為單位），儘管這沒有考慮摩擦力。
觀察和結果
您是否能夠看到風使風速計上的杯子旋轉？與較慢的風相比，更快的風是否使風速計杯子旋轉得更快？
因為空氣由微小的分子組成，所以當風吹到物體上時，所有這些分子都會撞擊物體。這就是為什麼當我們感覺到風時，我們實際上感覺到這些分子撞擊我們。與較慢的風相比，更快的風會更猛烈地撞擊我們，並且也會更多地移動風速計上的杯子，因為更快的風會以更快的速度移動分子。因此，在相同的時間內，更快的風會比更慢的風用更多的分子撞擊物體。
如果您去過海灘或大型水體附近，您可能已經注意到那裡經常颳風。這是因為在大量水與陸地相遇的地方存在不同的氣壓。與陸地相比，水需要更多的時間來改變其溫度，因此在白天，陸地升溫更快，一旦太陽下山，陸地就會更快地冷卻。因此，在白天，風從海洋吹向陸地，或者從高氣壓區域（冷空氣）吹向低氣壓區域（暖空氣）；在晚上，風從寒冷的陸地吹向溫暖的海洋。
更多探索
《氣候變化可能意味著風速減慢》來自大眾科學 兒童網路天氣，來自美國大氣研究大學聯盟 (UCAR)
《測量風速》來自 Thirteen/WNET、紐約教育廣播公司
《風》來自 Weatherwizkids.com
感受風，作者：Arthur Dorros
《風速計是如何工作的？》來自科學夥伴
此活動由科學夥伴和電子追逐合作推出