二、风速计

在十七世纪，已经偶而用一种原始型式风速计勉强测量风力了。一般都认为，这种仪表是罗伯特·胡克发明的，尽管这种仪器在他之前已经在应用了。它主要是一块很轻的木头或金属的板或窗板，与风向垂直地由一根杆悬着，这杆绕一轴自由转动，轴穿过杆的上端，平行于板的平面。当风把板吹向一边时，杆便在一个分度标尺上移动，这样，便测量了风力（任意单位）。风速计的历史上，尤其显著地表现出这样的倾向：科学仪器起先被废弃不用，然后又重新发明，或者经过改进后重新采用。例如，归功于胡克的摆式风速计在 1744 年由德特福的罗杰·皮克林重新发明（Phil.Trans.Vol.XLⅢ， No.473，p.1），但添加了一个抓钩，防止板在被风吹得偏过一个角度时摆回静止位置。因此，这仪表记录的是它在给定观测时期里所受到的最大风力。它还有一个指标，指示每时每刻的风向。达尔伯格在 1780 年提出了一种比较复杂的摆式风速计（参见 F.Rozier ： Observations sur la Physique，XVⅡ）。其中，风吹在一块板上，板经过一个铰链围绕其下边沿自由转动，它的上边沿固定有一根绳索，绳索绕过一个滑轮并带有一重物。当板被吹向一边时，这重物被吊起，直到它的拉力恰与风对板的压力平衡。达尔伯格的仪表也用来测量风向及其对地平的倾角。M.C.汉诺夫在他的《自然哲学》（Philosophia Naturalis， 1765，Vol.Ⅱ， pp. 142—3）中， 记叙了他试图这样比较风力：确定一系列旗帜中哪一面恰被吹得飘成水平状，或者观察由一根马鬃悬着的一个铅球的偏转。在十九世纪里，几种改进的摆式风速计都用球取代平板。

在另一类重要的风速计中，风对活动零件的驱动旨在引起抵抗力。抵抗力随着运动逐渐增大，直至足以造成静止。例如，在克里斯蒂安·沃尔夫的风速计（Aerometriae Elementa， 1709）中，风车的翼板吹动一水平轴旋转，后者通过一根蜗杆作用于一个齿轮，齿轮装有一径向臂，其远端固定有一重物。风力乃用齿轮在重物不断增大的力矩作用下而达到静止之前所通过的角度来测量。洛伊波尔德（Theatrum Machinarum Generale， 1724） 和洛伊特曼（Instru menta Meteorognosiae inservienta， 1725）各

自独立地描述过一种仪表，它是一个装在一垂直轴上的蹼轮，蹼轮有六块弯曲翼板。风吹向蹼的叶片，轴的转动提升起一重物。然而，重物对轴的杠杆利率设计得（借助一凸轮的作用）不断增加，直到这转动停止。洛伊波尔德声称发明过七种风速计。其中另一种仪表里，支持重物的绳索绕在一呈锥状的轴（有如时钟中的均力圆锥轮）上，缠绕时从轴的细端向粗端，一直绕到重物作用于轴的力矩足以制止运动的地方。这个装置由本杰明·马丁于 1771 年重新发明（Philosophia Britan-nica，3rd ed.），后来在十九世纪由高尔顿和斯托克斯加以运用。

十八世纪应用的另一种类型风速计，是一块硬纸板（或者后来为金属板），它垂直地附装于一根轻杆。轻杆插在一根管子之中，顶住一弹簧进入。板迎着风，风力由杆强行进入管的距离来度量。在这种仪表的改进型中，杆加以分度，并装配有齿，当杆进入管子时，这些齿被咬住。在有些改进型中， 这些齿作用于一小齿轮，后者在一度盘上以常用单位示出气压。（参见 P. 尔格埃： Traité du Navire，1746；阿贝·诺莱：L'Art des Expériences， 1770，Vol. Ⅲ，罗齐埃： Observations sur la Physique， XV）。维尔克在 1785 年描述了一种气压风速计（Magazin für das Neuste aus der PhysikGotha，Vol.Ⅲ，pt.ii）。在这种仪表中，作用于暴露于风的一个表面上的气压由一杠杆（利用机械的优点）传送到一舂杵，后者压住一个盛有水银的皮袋。随着水银被挤出皮袋，水银沿着从皮袋出来的一根垂直玻璃管上升。通过在水银上方灌入彩色酒精，以及让水银在管子的精心制作部分上升，这仪表便更为灵敏了。

十八世纪里制作或提出的风速计中，有几种属于这样的类型：主体是一根 U 形管，它部分地充有某种液体，其一个肢在顶端向外弯过一直角。风吹入 U 形管的这个弯肢；风的压力迫使这一边的液体表面下降，另一边的上升， 而风力便由这两个液休表面高度之差来度量。最早的这种仪表似乎是皮埃尔·达尼埃尔·于埃介绍的。这位博学的法国廷臣和教士是在一篇杂记中记叙这种仪器的，杂记是他在死前不久于 1721 年写作的，死后发表时书名为

《于埃著作；或阿弗朗什主教于埃先生思想杂录》（ Huetiana ； ou penséesdiverses de M.Huet，Evesqued’Avranches）（巴黎，1722 年）。

图 140──于埃的风速计

在此书以词 Anémométre［风速计］（这个术语似乎出自于埃）为标题的第 22 节中，我们读到关于他发明的一种用以“秤量风”的仪器的描述。仪器制造家于班曾致力于制作这种仪器。但还未来得制成，便去世了。于埃对他的发明这样记叙：“它由一个有如僧衣头巾的锡漏斗 ABC 构成。这漏斗弯成圆形， 随着弯曲逐渐收细，直到 C；从这里开始是一根管子，它下降到 D，由此再弯曲而经过 DIE，然后上升到终端 K。这管子从 CDE 到 F 充水银。F 上方灌碱液到 G，它的升降借助标定在 F 到 G 上的小点观测。从漏斗 AB 吹进的风作用

于 C 处的水银表面，其压力大小视风力而定。如此受压的水银同压力成正比地下降；水银在紧接漏斗的一边下降，但它在另一肢中上升而超过 F，由此升高了它所支承的碱液，后者的上升借助标定在管上的小点观测。如果漏斗未朝向风吹来的方向，则这仪表就不起作用。因此，必须装设风向标 M，它由铁杆 MHI 支承。铁杆在点 I 处成一环，围绕并紧紧夹住管子。在环以下， 铁杆进入一柱环 L，后者安装在支座 LNO 上。柱环在支座中可左右转动，视风向标随风如何转动而定。这样，柱环便转动整个仪表，使漏斗始终保持对准风”（于埃：上引著作，第 55—58 页）。然而，最著名的这种仪表是詹姆斯·林德于 1775 年在《哲学学报》（Vol. LXV，p.353）上详细地并用插图加以说明的那种。林德用水作为他仪表的液体，他还编制了一些表，它们载明，给出管子两肢中水位差，便相应地给出风压（以磅/平方英尺计）。为了记录一个观测时期中所经历的最大风力，林德建议把 U 形管的背风肢截短到其中正常水位，然后，测量在这时期中从该肢溢出的水量。

林德的“风速器”由两根玻璃管 AD、CB 组成，每根长约 6 英寸，彼此用弯玻管 ab 联结（图 141）。肢 AD 顶上装一短铜管，其口 F 朝外；这肢通过一黄铜条 cd 联结到另一肢的盖 G，黄铜带支承竖立标尺 HI。整个仪表可围绕主轴 KL 自由转动，以使 F 面向风。为了测量风力，管子一半充上水， 标尺位置调节到其中心的零点同两个水面的通常高度相重合。当这仪表如此受到风吹时，水位在一肢中降低而在另一肢中上升所经过的距离，便在标尺上量出。这些距离的总和代表观测时风力所能维持的水柱的高度。

因此，早期的风速计实质上全都是压强器。这也许是因为在实际上尤其 在海员看来，风的压强是其最为重要的可测量性质。然而，十八世纪有几种 风速计乃设计来测量风的速度。在十七世纪和十八世纪初，已通过观测羽毛之类轻物体在微风中被向前吹行的速度，立即得出风速的粗略估计值。马里奥特约在 1680 年就已作过这种观测。德勒姆则在 1708 年记叙了他结合声速研究对这问题的尝试（Phil.Trans.，1708，p.2）。通过对风中向下运动的观测，他得出结论：甚至最强风的速度也不超过一小时约五六十英

图 141──林德的“风速器”

里。后来人们认识到，一个漂浮物体不会获得载它前进的流的速度，并且， 风的吹行在近地面处受到相当大的阻碍，因此，在任何情况下，这种观测都不可能提供什么有关大量空气从一个地区传到另一个地区的速率的具有气象学价值的资料。半个世纪以后，亚历山大·布赖斯按照与德勒姆同样的方式进行实验。他发现，在风中释出的羽毛的运动无论速度还是方向都极不规则，而这使计算变得不可能。他宁可根据所测得的云影速度进行估算。他选择明亮日照被快速行过天空的高云遮断的日子，他得到了关于相继云影边缘

（在时钟计的十五秒内）所经过距离的十分一致的结果（Phil.Trans.， 1766，p.224）。布韦建议，让一个带羽毛的软木圆片沿一根金属丝运动， 通过观测这运动来比较风速（Hist.del’Acad.Roy.des Sciences，Paris，

1733）。十八世纪制造的测风速仪表，设计上往往很复杂，但性能普遍令人感到失望，因为活动零件很笨重，大量轴承又摩擦严重。丁林格尔约在 1720 年 发 明 了 一 种 这 类 型 的 仪 表 （ 参 见 洛 伊 波 尔 德 ： TheatrumMachinarumgenerale，1724）。东森布雷仿制了这种仪表（Hist.de l’Acad.Roy.des Sciences， Par-is， 1734）。他的仪表设有一个风向标指示风向，还有一个活动轮指示风速，并配备一时钟机构装置作自动记录。但是，这种仪表价值不大。罗蒙诺索夫约在 1750 年介绍了一种风速计。在这种风速计中，风作用于一小蹼轮（它用一风向标加以适当定向），其运动经由齿轮转动传送到下面的空处，那里有一个轮，它的转动表明风速（Novi Commentaii Academiae Petropolitanae，Ⅱ）。R.沃尔特曼在他的《测湿叶片的理论和应用》（ Theorie und Gebrauch des hydrome-trischen Flügels）（汉堡，1790 年）中描述了一种比较实用的风速和一般流体速度测量仪器。约翰·斯米顿约在十八世纪中期借助精巧的仪器十分深入地研究了一流体的速度同其压力和做功的功率

图 142──斯米顿的湿度计

的关系。特别是，他研究了风车的起重力量。他让它受已知速度的人工风作用，这风使风车围绕一绕垂直轴转动的横杆的端末旋转（Phil.Trans.， 1759，p.100）。后来有人利用布格埃的风速计作了类似的观测。大家熟悉的半球风标风速计在十九世纪中期前后开始应用。这个时期还有各种利用风的物理效应测量风速的装置，这些效应包括冷却、蒸发、空吸及乐音的产生。

（参见 J.K.Laughton ： “ Historical Sketch of Anemometry and Anemometers”in Quarterly Journal of the Meteorological Society， 1882。Vol.Ⅷ，No.43。）