पवनवेगमापन : शास्त्रीय उपकरणांच्या साहाय्याने हवेचा वेग मोजणे. वारा किंवा पवन म्हणजे हवेचा क्षैतिज (आडव्या दिशेतील) प्रवाह होय. हवा अदृश्य असल्यामुळे कोणत्याही ठिकाणच्या हवेतील छोट्या आकारमानाच्या भागाला खूणचिठ्ठी लावून ठराविक वेळात त्या भागाचे स्थलांतर मोजून हवेचा वेग निश्चित करणे शक्य नसते. त्यासाठी निरनिराळ्या वेगांनी वाहणाऱ्‍या हवेमुळे निर्माण होणाऱ्‍या काही भौतिक परिणामांचे निरीक्षण करून हवेची एकक काळातील गती किंवा पवनवेग निश्चित करावा लागतो. वाऱ्‍यांमुळे साधारणपणे पुढील चार प्रकारचे भौतिक परिणाम घडून येतात : गतिमान हवेतील निलंबित (तरंगणाऱ्‍या ) वस्तूंचे विस्थापन (स्थलांतर), गतिमान हवेच्या प्रवाहाला अवरोध केल्यामुळे निर्माण होणारा हवेचा दाब, तप्त वस्तूंवरून थंड हवेचे झोत गेल्यामुळे घडून येणारे शीतलन व गतिमान हवेतून जाताना ध्वनितरंगांच्या वेगात घडून येणारे बदल. पवनवेग निश्चित करण्यासाठी जी विविध शास्त्रीय उपकरणे तयार केली जातात, त्यांसाठी वरील चारही परिणामाचा उपयोग केला जातो.
हवेच्या प्रवाहामुळे ऊर्ध्व (उभ्या) अक्षाभोवती क्षैतिज प्रतलात (पातळीत) फिरणारे पेले किंवा क्षैतिज अक्षाभोवती ऊर्ध्व प्रतलात फिरणारी पंख्यांची धातूची पाती यांच्या विस्थापनावर आधारलेली पवनवेगमापक यंत्रे नेहमीच्या वातावरणवैज्ञानिक निरीक्षणांसाठी साधारणपणे सर्वत्र वापरतात. वाऱ्‍यांमुळे निर्माण होणारे जादा वायुदाब, उष्णता निर्गमन व ध्वनितरंगांत उत्पन्न होणारे बदल यांसारख्या परिणामांवर आधारलेली पवनवेगमापक उपकरणे वातावरणविज्ञानेतर प्रयोगांत वापरतात [⟶ द्रायुमापक] . विमानांच्या लहान आकारमानाच्या प्रतिकृती जेथे परीक्षिल्या जातात अशा वातविवरांमध्ये [ज्या बोगद्यांत ठराविक वेगाचा हवेचा एकसारखा प्रवाह चालू ठेवता येतो अशा बोगद्यांत ⟶ वातविवर] हवेची प्रवहणत्वरा ( एकक कालावधीत हवेच्या प्रवाहाने कापलेले अंतर) निश्चित करणे आवश्यक असते. तसेच काही विशिष्ट प्रकारच्या पंख्यांमुळे किंवा प्रचालकांमुळे हवा किती त्वरेने पुढे ढकलली जाते हे निश्चित करणे वातानुकूलकांच्या निर्मितीसाठी व शीतलीकरणाच्या इतर काही प्रयोगांत महत्त्वाचे असते. विशिष्ट वेगाने विमाने किंवा जहाजे आपापला मार्ग आक्रमीत असताना वाहनसापेक्ष वारे किती वेगाने वाहत आहेत, याची कल्पना वाहनचालकांना असणे आवश्यक असते. अशा विविध प्रकारच्या कार्यांत निरनिराळ्या परिस्थितींत पवनवेग निश्चित करण्यासाठी निरनिराळ्या प्रकारचे पवनवेगमापक उपलब्ध झाले आहेत. प्रत्येक उपकरणातील वेगांच्या अभिसीमा (मर्यादा ) वेगवेगळ्या असतात.
फिरत्या पेल्यांचा पवनवेगमापक :या उपकरणात तीन किंवा चार अर्धगोलाकृती किंवा गोलसर टोकाच्या शंकूच्या आकाराचे धातवीय पेले धातवीय गजांच्या टोकावर बसविलेले असतात. ऊर्ध्व अक्षाभोवती क्षैतिज प्रतलात फिरणाऱ्या एखाद्या चाकाच्या आऱ्‍यांसारखी गजांची रचना केलेली असते. त्यामुळे धातवीय पेले क्षैतिज प्रतलात फिरू शकतात (आ. १). ज्या पेल्याचा अंतर्वक्र भाग वाऱ्‍याच्या समोर येतो त्यावर वाऱ्‍याची प्रेरणा अधिक असते . चाकाच्या विरुद्ध दिशेला असलेल्या व वाऱ्‍याला पाठदेणाऱ्‍या पेल्याच्या बहिर्वक्र भागावरील प्रेरणा त्यामानाने बरीच कमी असते. एकमेकांच्या विरुद्ध दिशांना असलेल्या पेल्यांच्या जोडीतील अंतर्वक्र भाग वाऱ्यासमोर असलेल्या पेल्यावरील एकूण जादा प्रेरणेमुळे मागे ढकलला जातो. दुसऱ्‍या पेल्याचा अंतर्वक्र भाग वाऱ्यासमोर आल्यावर तोही मागे रेटला जातो आणि अशा रीतीने पेल्यांचे चाक वाऱ्‍यामुळे सारखे फिरत राहते. या फिरणाऱ्या चाकाच्या ऊर्ध्व अक्षाच्या खालच्या भागाला एक मळसूत्री दंतचक्र [⟶ दंतचक्र]व गणित्र बसविलेली असतात. त्यावरून ठराविक कालखंडात पेल्याच्या चाकाचे किती फेरे झाले हे कळते व पवनवेगाचे गणित करता येते. काही उपकरणांत पवनवेग प्रत्यक्ष आकड्यातच तबकडीवर दर्शविला जातो. असा पवनवेगमापक आ.१ मध्ये दाखविला आहे. या पवन वेगमापकाचे अनेक प्रकार आहेत. त्यांमध्ये पवनवेगाच्या प्रत्येक एककागणिक विशिष्ट यंत्रांशी विद्युत् संपर्क साधला जातो. त्यामुळे प्रत्येक किमी. गणिक काही यंत्रांत घंटा किंवा गुंजक वाजू लागतो, काही यंत्रांत विजेच्या दिव्याची तात्कालिक चमक निर्माण होते, तर काही यंत्रांत स्थिर वेगाने सरकणाऱ्‍या कागदी पट्टीवर किमी. गणिक खूण केली जाते. विशिष्ट कालखंडात विद्युत् प्रवाह सुरू झाल्याच्या खुणांची संख्या मोजून पवनवेग निश्चित केला जातो.
फिरत्या पेल्यांच्या पवनवेगमापकाचा आणखी एक प्रकार आहे (आ. २). त्यात फिरत्या पेल्यांच्या साहाय्याने एक सूक्ष्मग्राही विद्युत् जनित्र चालविले जाते. अल्पतम पवनवेगानेही त्यात विद्युत् निर्मिती होऊ शकते. वाऱ्‍याचा वेग ज्या प्रमाणात वाढेल त्या प्रमाणात विद्युत् निर्मितीचेही प्रमाण वाढते. विद्युत् जनित्रात निर्माण होणारी विद्युत् ऊर्जा सामान्यतः विवर्धित करून विद्युत् प्रवाहमापकाने दर्शविली जाते. ह्या विद्युत् प्रवाहमापकाचे अंशांकन (अंशदर्शक खुणा करणे) पवनवेगाच्या एककांत केल्यास त्यावरून ताबडतोब पवनवेग कळू शकतो.
वर वर्णन केलेल्या पवनवेगमापकांत वाऱ्‍याची दिशा दर्शविण्यासाठी पवनदिशादर्शक हे साधन वापरलेले असते. त्यात एका बाजूला बाणाच्या आकाराचा धातवीय दांडा असतो. दुसऱ्‍या बाजूला छोटा कोन करून बसविलेल्या धातूच्या पत्र्याच्या दोन पट्ट्या बसविलेल्या असतात. वारा वाहतो तेव्हा तो ज्या दिशेकडून येतो तिकडे बाणाचे टोक असते. दुसऱ्‍या बाजूच्या दोन पट्ट्यांवर वाऱ्‍यामुळे निर्माण होणारी प्रेरणा सारखीच असल्यामुळे वातप्रवाहात पवनदिशादर्शक स्थिर राहून वाऱ्‍याची दिशा दाखवितो. वाऱ्‍याची दिशा निश्चित कळण्यासाठी अक्षावर एक आडवी दिशादर्शक तबकडीही जोडलेली असते ( आ. १ ).
फिरत्या पेल्यांची ही उपकरणे ताशी ८ ते १८० किमी. पर्यंतचे पवनवेग समाधानकारक रीत्या मोजू शकतात. पवनवेग ज्या प्रमाणात वाढतो त्या प्रमाणात किमी. गणिक पेल्यांच्या फेऱ्‍यांची संख्या वाढत नाही, हा पवनवेगमापकांचा मुख्य दोष आहे. पवनगती मंद असताना तर हा दोष प्रकर्षाने जाणवतो. सतत वेग बदलणाऱ्‍या वाऱ्‍यांच्या बाबतीतही हा दोष जाणवतो. वाऱ्‍याचा जोर वाढला, तर पेल्यांचे फेरे एकदम वाढतात. पण तोच वारा एकदम मंदावला, तरी पेल्यांचे चाक काही वेळ जोरानेच फिरत राहते हा अनुभव नेहमी येतो. त्यामुळे ह्या उपकरणांसाठी शुद्धी वापरावी लागते. प्रत्यही वेग बदलणाऱ्‍या वाऱ्‍यांच्या बाबतीत ही शुद्धी ३०%पर्यंत असू शकते.
दिवसाच्या २४ तासांत पवनवेग कसकसा बदलत गेला हे समजून घेण्यासाठीही फिरत्या पेल्यांचा पवनवेगमापक वापरतात. घड्याळाच्या यंत्रणेवर चोवीस तासांत स्वतःभोवती एक फेरी पूर्ण करणारा एक दंडगोल बसविलेला असतो. त्यावर काळ व पवनवेग दाखविणारा एक आलेख कागद गुंडाळून त्यावर चूंबकीय प्रभावावर चालणारी लेखणी ठेवलेली असते. वाऱ्‍यामुळे विद्युत् जनित्र फिरते. पवनवेगाच्या प्रमाणात विद्युत् प्रवाह सुरू होतो व त्यामुळे चुंबकीय क्षेत्र निर्माण होते आणि त्या प्रमाणात लेखणीला गती मिळून दिवसाच्या २४ तासांतील कोणत्याही वेळेला पवनवेग किती होता, हे दाखविणारा कायम स्वरूपाचा आलेख तयार होतो.
फिरत्या पात्यांचा पवनवेगमापक :हे साधन अगदी सुवाह्य (सहज वाहून नेता येणारे ) असते आणि विशेषेकरून मंदगती वारे मोजण्यासाठी ते वापरतात. उपकरणात आडव्या अक्षावर फिरणाऱ्या चाकाच्या आऱ्‍यांवर किंचित वक्र व हलक्या धातूची ३ ते १५ पाती थोड्या तिरकसपणे बसविलेली असतात (आ.३). दोन्ही बाजू उघड्या असलेल्या एका पोकळ धातवीय संरक्षक दंडगोलात ही सर्व पाती व अक्ष बसविलेली असतात. पोकळ दंडगोलाच्या खाली पवनदिशादर्शक जोडलेला असतो. त्यामुळे दंडगोलाचे तोंड नेहमी वाऱ्यासमोर राहते व एखाद्या पवनचक्कीसारखी ही पात्यांची यंत्रणा फिरू लागते. पात्यांच्या फिरण्यामुळे त्यांना जोडलेले फेरे मोजणारे गणित्रही फिरू लागते. ठराविक कालांतराने या गणित्राची वाचने घेतल्यास त्यांवरून पवनवेग कळून येतो. या उपकरणाचे सर्व भाग हलक्या द्रव्याचे केलेले असतात. त्याच्या जोडीला फिरणाऱ्या य़ंत्रणेसाठी कृत्रिम हिऱ्‍यांचे धारवे ( बेअरिंग्ज) वापरल्यास घर्षणजन्य रोध कमीतकमी होऊ शकतो व अशा उपकरणांच्या मदतीने क्षीणतम वाऱ्‍यांचा वेग ( १.५ –४० किमी./ तास, १–१० मी./ से.)अचूकपणे मोजणे शक्य होते. मोठ्या नलिकांतील मंद वायुप्रवाहही ह्या उपकरणाने मोजता येतात.
प्रचालक पवनवेगमापक : विमानाच्या पंख्यासारखे प्रचालक वापरून काही पवनवेगमापक तयार केले जातात ( आ. ४ ). एका टोकाला प्रचालक आणि दुसऱ्‍या टोकाला उपकरण यंत्र नेहमी वाऱ्‍याच्या दिशेकडे तोंड करून रोखून धरण्यासाठी विमानाच्या शेपटाकडे बसवितात तसे पाते बसविलेले असते. वाऱ्‍यामुळे प्रचालकाची पाती सतत फिरत असतात. ह्या फिरण्यामुळे त्याला जोडलेले मळसुत्री दंतचक्र व विद्युत् जनत्रही फिरू लागते. त्यामुळे निर्माण झालेला विद्युत् प्रवाह मोजण्यासाठी योजिलेल्या मापकांचे अंशांकन पवनवेगाच्या एककात केल्यास वायुवेग त्वरित कळू शकतो.
तप्ततार पवनवेगमापक :हे पवनवेगमापक मुख्यत्वेकरून वातावरणीय संक्षोभ व एकमेकांच्या सान्निध्यात असलेले भिन्न वायुस्तर यांचे संशोधन करण्यासाठी वापरतात. स्थिर विद्युत् दाबाचा पवनवेगमापक आणि स्थिर तापमानाचा (किंवा स्थिर विद्युत् रोधाचा) पवनवेगमापक असे त्याचे दोन प्रकार आहेत. विद्युत् प्रवाहामुळे तप्त झालेल्या तारेवरून वायुचा प्रवाह गेला, तर ती थंड होऊन वायुवेगाच्या प्रमाणात तिया विद्युत् रोध बदलतो, या तत्त्वावर अशा पवनवेगमापककांची रचना केलेली असते. या तारेसाठी तिचा विद्युत् रोध तापमानाप्रमाणे लक्षवेधी प्रमाणात बदलतो अशी प्लॅटिनम किंवा टंगस्टनाची अतिशय बारीक ( २.५ X १०–५ ते २.५×१०–३ सेंमी. व्यासाची) तार वापरतात.
(अ) स्थिर विद्युत् दाबाच्या पवनवेगमापकात ( आ. ५ अ) वायूचा प्रवाह तापलेल्या तारेवरून जाताच ती थंड होते. ही तप्ततार म्हणजे ⇨ व्हीट्स्टन सेतूंची एक शाखाच असते. तार थंड झाल्यामुळे तिचा विद्युत् रोध बदलतो व तिच्या दोन टोकांमधील विद्युत् दाबही बदलतो. परिवर्ती (जरूरीप्रमाणे ज्याचा रोध बदलता येतो अशा) रोधकाच्या साहाय्याने हा विद्युत् दाब पूर्वपदावर आणल्यास वायुवेगरूपाने अंशांकन केलेला ⇨ गॅल्व्हानोमीटर वायुवेग दाखवू शकतो. अशा स्थिर विद्युत् दाबाच्या पवनवेगमापकाच्या साहाय्याने ०.५ सेंमी./से. इतके मंद वायुवेग मोजणे शक्य होते.
(आ) स्थिर तापमानाचा वा स्थिर विद्युत् रोधाचा पवनवेगमापक ( आ. ५ आ ) हा अनेक अन्वेषण कार्यांत उपयुक्त ठरलेला आहे. यातही वायुप्रवाह तप्ततारेवरून जाताना तार थंड होते. अशा वेळी व्हीट्स्टन सेतूच्या विद्युत् घटमालेतील परिवर्ती रोधकात योग्य ते बदल करून ती तार पूर्वीच्या तापमानापर्यंत तप्त केली जाते. तप्ततारेतून वाहणारा विद्युत् प्रवाह अँपिअर मापकामुळे कळू शकतो व त्यावरून वायुवेगाचे गणित करता येते. सीमित क्षेत्रात अनेकदा संक्षोभित हवेतील प्रवाहात सातत्याने बदल होत असतात. त्यांचे स्वरूप निश्चित करणे आवश्यक असते. अशा हवेत तप्ततारेच्या स्थिर तापमानाचा पवनवेगमापक ठेवल्यास संक्षोभित हवेतील सूक्ष्म बदल तप्ततारेच्या विद्युत् रोधातील बदलांच्या रूपाने प्रतीत होतात व त्यांचा अभ्यास करणे सोपे जाते.
ध्वनिकीय पवनवेगमापक: ह्या प्रकारच्या पवनवेगमापकात प्रथम वाहत्या हवेतील आवाजाचा वेग मोजतात. आवाजाचा वेग स्थिर (नियत ) असतो आणि स्थिर हवेतील हा वेग माहीत आहे. ध्वनिकीय पवनवेगमापकाच्या साहाय्याने वाहत्या हवेतील आवाजाचा वेग मोजला, तर तो वेग आणि स्थिर हवेतील आवाजाचा वेग यांतील फरक म्हणजे वाहत्या हवेचा वेग असतो, हे उघड आहे. वाऱ्‍याच्या गतीत होणारे क्षणिक व लहानसहान फरक मोजण्यासाठी या उपकरणाचा केवळ प्रयोगांमध्ये उपयोग करतात.
संदर्भ :1.Considine, D. M. Ross. S.D., Ed. Handbook of Applied Instrumentation, New York, 1964.
2. Middleton, W.E.K. Spilhaus, A. F. Meteorological Instruments, Toronto, 1953.
3. Prandte,L. Tietjens, O. K. G. Applied Hydro and Aeromechanics, Dover, 1957.
गोखले, मो.ना. चोरघडे, शं. ल.
“