L'atmosfera della Terra è unica all'interno del sistema solare e dà origine a una vasta gamma di fenomeni meteorologici. La previsione del tempo è importante, sia per la vita quotidiana delle persone sia per le imprese. I meteorologi usano una combinazione di modellizzazione al computer e misurazioni sperimentali per prevedere il tempo. Esempi di strumenti meteorologici includono termometro, barometro, pluviometro e anemometro.
Termometro
Un termometro è uno strumento utilizzato per misurare la temperatura. Il tipo più conosciuto di termometro è costituito da un tubo di vetro in cui è collocato il mercurio liquido. Quando la temperatura aumenta, il volume di mercurio aumenta portando al livello in aumento. Una diminuzione della temperatura porta ad una riduzione del volume e ad una diminuzione del livello di mercurio. Una scala sul lato del tubo consente di leggere la temperatura. Un altro tipo di termometro, chiamato termometro a molla, riempie completamente un tubo di vetro con mercurio e un diaframma metallico collegato a una molla è posto sul fondo del tubo. All'aumentare della temperatura, aumenta anche la pressione sul diaframma che porta alla tensione in primavera. La molla ruota quindi un quadrante per puntare alla temperatura.
Barometro
Un barometro è uno strumento utilizzato per misurare la pressione che è l'aria di forza posizionata su una superficie. Esistono diversi tipi di barometro. Il più semplice consiste in un tubo riempito di mercurio liquido e sigillato su un'estremità. Il tubo viene quindi invertito e posto in una ciotola di mercurio liquido. Il peso dell'aria che spinge verso il basso sulla tazza è bilanciato con il peso del mercurio che spinge verso il basso all'interno del tubo. A condizioni atmosferiche standard questo porta il livello di mercurio all'interno del tubo a scendere a un'altezza di circa 76 centimetri (29,9 pollici). L'aumento della pressione atmosferica causa un aumento dell'altezza del livello del mercurio all'interno del tubo, mentre una diminuzione della pressione atmosferica fa abbassare il livello del mercurio all'interno del tubo. Uno strumento più sofisticato per misurare la pressione è il barometro aneroide. Questo consiste in una capsula sigillata, con lati flessibili e montata in una scatola. Un cambiamento di pressione altera lo spessore della capsula. Una leva attaccata alla capsula ingrandisce questi cambiamenti, portando un puntatore a muoversi su un quadrante scalato.
Pluviometro
Gli indicatori di pioggia vengono utilizzati per misurare la quantità di pioggia che si verifica all'interno di una quantità fissa di tempo. Il tipo più semplice di pluviometro è costituito da un tubo con una scala su di esso, ma questi devono essere regolarmente svuotati e pertanto non vengono più utilizzati nelle stazioni meteorologiche automatizzate. Un passo avanti rispetto al tubo semplice consiste in un tubo su bilance digitali. Le bilance sono collegate a un computer che plotta le precipitazioni in funzione del tempo. Tuttavia, anche questo tipo di pluviometro deve essere regolarmente svuotato. Una soluzione molto più elegante è il pluviometro basculante che consiste in un imbuto collegato ad un tubo che drena in un secchio. Il secchio è bilanciato su un perno, in modo tale da ribaltarsi quando viene catturato un volume d'acqua prestabilito. Quando ciò accade, un secondo secchio si sposta automaticamente in posizione per catturare più pioggia. Ogni volta che una punta di una benna viene inviata, un segnale elettronico viene inviato a un registratore di dati che consente di registrare la quantità totale di pioggia.
Anemometro
Un anemometro viene utilizzato per misurare la velocità del vento. Il tipo più semplice di anemometro consiste in un asse tubolare sul quale sono posizionati quattro bracci a intervalli di 90 gradi. Le coppe sono poste su ciascuno dei quattro bracci e, poiché catturano il vento, portano alla rotazione delle braccia attorno all'asse tubolare. Un magnete permanente è montato sul fondo dell'asse e una volta per rotazione attiva un interruttore Reed, che invia un segnale elettronico a un computer. Il computer calcola la velocità del vento dal numero di giri al minuto. Un dispositivo più sofisticato è l'anemometro sonico. Questo funziona misurando il tempo impiegato da un impulso sonoro per viaggiare tra due sensori. Il tempo impiegato dal suono per viaggiare tra i sensori dipende dalla distanza tra i sensori, dalla velocità intrinseca del suono nell'aria e dalla velocità dell'aria lungo l'asse del sensore. Poiché la distanza tra i sensori è fissa e la velocità del suono nell'aria è nota, è possibile determinare la velocità dell'aria lungo l'asse del sensore.
