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A atmosfera da Terra é única no sistema solar e dá origem a uma ampla gama de fenômenos climáticos. A previsão do tempo é importante, tanto para a vida cotidiana das pessoas quanto para as empresas. Os meteorologistas usam uma combinação de modelagem computacional e medições experimentais para prever o clima. Exemplos de instrumentos de previsão do tempo incluem termômetro, barômetro, pluviômetro e anemômetro.
Termômetro
Um termômetro é um instrumento usado para medir a temperatura. O tipo mais conhecido de termômetro consiste em um tubo de vidro no qual é colocado mercúrio líquido. Quando a temperatura aumenta, o volume de mercúrio aumenta, levando ao aumento do nível. Uma diminuição na temperatura leva a uma redução no volume e uma diminuição no nível de mercúrio. Uma escala na lateral do tubo permite que a temperatura seja lida. Outro tipo de termômetro, chamado termômetro de mola, enche completamente um tubo de vidro com mercúrio e um diafragma de metal conectado a uma mola é colocado na parte inferior do tubo. À medida que a temperatura aumenta, a pressão no diafragma também aumenta, levando à tensão na primavera. A mola gira um disco para apontar para a temperatura.
Barômetro
Um barômetro é um instrumento usado para medir a pressão, que é a força que o ar exerce sobre uma superfície. Existem vários tipos diferentes de barômetro. O mais simples consiste em um tubo cheio de mercúrio líquido e selado em uma extremidade. O tubo é então invertido e colocado em uma tigela de mercúrio líquido. O peso do ar empurrando para baixo na tigela é equilibrado com o peso do mercúrio empurrando para baixo dentro do tubo. Em condições atmosféricas padrão, isso leva o nível de mercúrio dentro do tubo a uma altura de aproximadamente 76 centímetros (29,9 polegadas). Aumentos na pressão atmosférica fazem com que o nível de mercúrio dentro do tubo aumente em altura, enquanto uma diminuição na pressão atmosférica faz com que o nível de mercúrio dentro do tubo diminua. Um instrumento mais sofisticado para medir a pressão é o barômetro aneroide. Consiste em uma cápsula selada, com lados flexíveis e montada em uma caixa. Uma mudança na pressão altera a espessura da cápsula. Uma alavanca presa à cápsula amplia essas alterações, levando um ponteiro a se mover sobre um mostrador em escala.
Pluviômetro
Os pluviômetros são usados para medir a quantidade de chuva que ocorre dentro de um período fixo de tempo. O tipo mais simples de pluviômetro consiste em um tubo com uma escala, mas estes precisam ser esvaziados regularmente e, portanto, não são mais usados em estações meteorológicas automatizadas. Um passo acima do tubo simples consiste em um tubo em balanças digitais. As balanças estão conectadas a um computador que representa as chuvas em função do tempo. No entanto, esse tipo de pluviômetro também precisa esvaziar sua embarcação regularmente. Uma solução muito mais elegante é o medidor de chuva do balde basculante, que consiste em um funil conectado a um tubo que drena para um balde. O balde é equilibrado em um pivô, de modo que tomba quando um volume definido de água é capturado. Quando isso ocorre, um segundo balde se move automaticamente para a posição de mais chuva. Cada vez que um balde derruba, um sinal eletrônico é enviado para um data logger que permite que a quantidade total de chuva seja registrada.
Anemômetro
Um anemômetro é usado para medir a velocidade do vento. O tipo mais simples de anemômetro consiste em um eixo tubular sobre o qual quatro braços são colocados em intervalos de 90 graus. Os copos são colocados em cada um dos quatro braços e, à medida que capturam o vento, levam à rotação dos braços em torno do eixo tubular. Um ímã permanente é montado na parte inferior do eixo e, uma vez por rotação, ele ativa um comutador Reed, que é um sinal eletrônico para o computador. O computador calcula a velocidade do vento a partir do número de voltas por minuto. Um dispositivo mais sofisticado é o anemômetro sônico. Isso opera medindo o tempo necessário para que um pulso sonoro viaje entre dois sensores. O tempo necessário para o som viajar entre os sensores depende da distância entre os sensores, da velocidade intrínseca do som no ar e da velocidade do ar ao longo do eixo do sensor. Como a distância entre os sensores é fixa e a velocidade do som no ar é conhecida, a velocidade do ar ao longo do eixo do sensor pode ser determinada.