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La atmósfera de la Tierra es la única de nuestro sistema solar que sustenta un rico tapiz de fenómenos meteorológicos. Los pronósticos precisos son vitales para la vida cotidiana y para las empresas, y los meteorólogos combinan modelos informáticos avanzados con una variedad de instrumentos para ofrecer predicciones confiables.
Un termómetro mide la temperatura. El clásico termómetro de mercurio consta de un tubo de vidrio sellado lleno de mercurio; cuando la temperatura aumenta, el mercurio se expande y el nivel del líquido sube, y cuando la temperatura baja se contrae. Una escala calibrada a lo largo del tubo permite leer la temperatura directamente. Un termómetro de resorte, por el contrario, llena el tubo con mercurio y coloca una membrana metálica en el fondo. El aumento de las temperaturas aumenta la presión sobre el diafragma, lo que tensa un resorte que hace girar un dial para indicar la temperatura.
Un barómetro mide la presión atmosférica, la fuerza que ejerce el aire sobre una superficie. El diseño más simple utiliza un tubo sellado lleno de mercurio que se invierte en un recipiente con mercurio. El peso del aire sobre el recipiente equilibra el peso de la columna de mercurio dentro del tubo. En condiciones atmosféricas estándar, el nivel de mercurio se sitúa en unos 76 cm (29,9 pulgadas). Cuando aumenta la presión atmosférica, aumenta la columna de mercurio; cuando la presión cae, cae. Un instrumento más moderno es el barómetro aneroide, que utiliza una cápsula sellada flexible. Los cambios de presión alteran el grosor de la cápsula, una palanca magnifica el movimiento y un puntero en un dial indica la presión.
Los pluviómetros cuantifican la precipitación durante un período fijo. La forma más sencilla es un tubo simple marcado con una escala, pero debe vaciarse manualmente, por lo que ya no se utiliza en estaciones automatizadas. Un modelo intermedio utiliza un tubo conectado a una báscula digital; la computadora registra la lluvia en función del tiempo, pero aún así requiere un vaciado manual. El pluviómetro de cubo basculante ofrece una solución más elegante:un embudo dirige el agua a un cubo que se equilibra sobre un pivote. Cuando un volumen predeterminado de lluvia llena el cubo, se inclina y se cambia automáticamente a un segundo cubo. Cada punta genera una señal electrónica que registra un registrador de datos, lo que permite una medición continua de la lluvia.
Un anemómetro mide la velocidad del viento. El anemómetro de copa básico consta de un eje central con cuatro brazos espaciados 90°, cada brazo sostiene una copa. A medida que el viento hace girar las copas, los brazos giran alrededor del eje. Un imán permanente debajo del eje activa un interruptor de láminas una vez por rotación; la señal se envía a una computadora que calcula la velocidad del viento a partir de vueltas por minuto. Un anemómetro sónico más avanzado mide el tiempo que tarda un pulso de sonido en viajar entre dos sensores fijos. Como se conocen la distancia del sensor y la velocidad del sonido en el aire, el tiempo de viaje produce directamente la velocidad del viento a lo largo del eje del sensor.
