Contenuto
Il potere del vento non può essere sottovalutato. Come una forza, il vento varia da una leggera brezza che solleva un aquilone all'uragano strappando un tetto. Anche i pali della luce e strutture comuni comuni simili devono essere progettate per resistere alla forza del vento. Tuttavia, non è difficile calcolare l'area proiettata colpita dai carichi del vento.
Formula di carico del vento
La formula per il calcolo del carico del vento, nella sua forma più semplice, è che la forza del carico del vento è uguale ai tempi di pressione del vento e al coefficiente di resistenza. Matematicamente, la formula è scritta come F = PACd. Ulteriori fattori che influenzano i carichi del vento includono raffiche di vento, altezze delle strutture e strutture circostanti al terreno. Inoltre, i dettagli strutturali possono catturare il vento.
Definizione dell'area proiettata
L'area proiettata indica la superficie perpendicolare al vento. Gli ingegneri possono scegliere di utilizzare l'area massima proiettata per calcolare la forza del vento.
Calcolare l'area proiettata di una superficie piana rivolta verso il vento richiede di pensare alla forma tridimensionale come a una superficie bidimensionale. La superficie piana di una parete standard rivolta direttamente nel vento presenterà una superficie quadrata o rettangolare. L'area proiettata di un cono potrebbe presentarsi come un triangolo o come un cerchio. L'area proiettata di una sfera sarà sempre presente come un cerchio.
Calcoli dell'area proiettata
Area proiettata di una piazza
L'area che il vento colpisce su una struttura quadrata o rettangolare dipende dall'orientamento della struttura rispetto al vento. Se il vento colpisce perpendicolarmente a una superficie quadrata o rettangolare, il calcolo dell'area è uguale a lunghezza per larghezza (A = LH). Per un muro lungo 20 piedi e alto 10 piedi, l'area proiettata equivale a 20 × 10 o 200 piedi quadrati.
Tuttavia, la larghezza massima di una struttura rettangolare sarà la distanza da un angolo all'angolo opposto, non la distanza tra gli angoli adiacenti. Ad esempio, considera un edificio che è largo 10 piedi e lungo 12 piedi e alto 10 piedi. Se il vento colpisce perpendicolarmente ad un lato, l'area proiettata di una parete sarà 10 × 10 o 100 piedi quadrati mentre l'area proiettata dell'altra parete sarà 12 × 10 o 120 piedi quadrati.
Se il vento colpisce perpendicolare ad un angolo, tuttavia, la lunghezza dell'area proiettata può essere calcolata secondo il Teorema di Pitagora (a2+ b2 = c2). La distanza tra gli angoli opposti (L) diventa 102+122= L2o 100 + 144 = L2= 244 piedi. Quindi, L = √244 = 15,6 piedi. L'area proiettata diventa quindi L × H, 15,6 × 10 = 156 piedi quadrati.
Area proiettata di una sfera
Guardare direttamente in una sfera, la vista bidimensionale o l'area frontale proiettata di una sfera è un cerchio. Il diametro proiettato dei cerchi è uguale al diametro della sfera.
Il calcolo dell'area proiettata utilizza quindi la formula dell'area per un cerchio: area è uguale a pi volte raggio per raggio o A = πr2. Se il diametro della sfera è di 20 piedi, il raggio sarà 20 ÷ 2 = 10 e l'area proiettata sarà A = π × 102≈3,14 × 100 = 314 piedi quadrati.
Area proiettata di un cono
Il carico del vento su un cono dipende dall'orientamento del cono. Se il cono si trova sulla sua base, l'area proiettata del cono sarà un triangolo. La formula dell'area per un triangolo, base per altezza volte per metà (B × H ÷ 2), richiede di conoscere la lunghezza attraverso la base e l'altezza alla punta dei coni. Se la struttura è di 10 piedi attraverso la base e 15 piedi di altezza, il calcolo dell'area proiettata diventa 10 × 15 ÷ 2 = 150 ÷ 2 = 75 piedi quadrati.
Se, tuttavia, il cono è bilanciato in modo tale che la base o la punta puntino direttamente nel vento, l'area proiettata sarà un cerchio con un diametro uguale alla distanza attraverso la base. Verrà quindi applicata l'area per una formula circolare.
Se il cono giace in modo che il vento colpisca perpendicolarmente al lato (parallelo alla base), l'area proiettata del cono avrà la stessa forma triangolare di quando il cono si trova sulla sua base. L'area di una formula triangolare verrebbe quindi utilizzata per calcolare l'area proiettata.