時間は、周期的な物理プロセスや連続的な物理プロセスを用いて測定することができる。現代の原子時計が開発される以前は、日時計、振り子時計、水時計など、さまざまな方法が時間の管理に用いられていた。
水時計は、水の流量を制御することで時間を計測する装置である。この実験では、水の流れを支配する物理法則を調べ、それを応用して水時計を作る。
以下の部品があることを確認せよ:
1. タンク A(下部タンク、1つのバルブおよび2つずつの穴と栓が付く)
2. タンク B(上部タンク、給水用で1つの穴と栓が付く)
3. タンク支持台
4. 水受け容器
5. ペットボトル2本(各2 L、写真には写っていない)
6. サイフォンポンプ
7. ストップウォッチ
8. ビーカー
9. 定規
10. 水準器
11. 高さ調節可能な台
12. タオル(写真には写っていない)
*このタオルは試験終了後に持ち帰ること。
台の高さ調節
高さ調節可能な台の下には、4つのネジ式の脚が備わっている。脚を回すことで、四隅の高さを調節できる。
サイフォンポンプ
水受け容器に大量の水が溜まってしまった場合は、サイフォンポンプを使って水を抜き取ることができる。ストレートホース側を水に差し込み、フレキシブルホース側をペットボトルに入れる。その後、赤いハンドルを繰り返し押すと、水を水受け容器からペットボトルに移すことができる。
注:
高さを正確に測定できるよう、各測定を開始する前に、高さ調節可能な台とタンクが水平になっていることを確認せよ。
装置が浮き上がらないように、定期的に水受け容器を空にすること。
解答用紙に記入したり、その他の実験器具を取り扱う前に、手を乾かすこと。
水漏れや故障が起きたり、穴のプラグが外れた場合には、直ちに試験監督者に知らせること。
1. 高さ調節可能な台を水受け容器の中に設置せよ。
2.ネジ式の脚を回して、高さ調節可能な台が水平になるようにせよ。
3. タンク支持台を、高さ調節可能な台の上に設置せよ。
4. タンク A をタンク支持台の上に設置せよ。
タンク A には、直径 5 mm の穴が 1 つ、直径 4 mm の穴が 1 つ、そして直径4 mmのバルブが1つの合計3 つの排水口がある。
Part Aでは、バルブのみを使用せよ。
このパートでは、タンクAにある小さい方の穴を使用する。この穴の直径は4 mmである。
また、Part Aで使用したバルブは閉じておくこと。
タンクAとタンクBを使って水時計を製作する。
タンクを次のように配置せよ:
タンクA(バルブ付き)を下側の段に配置する。
タンクB(5 mmの穴付き)を上側の段に配置する。
タンクBからは、タンクAに水を供給する。
タンクAは、全開にしたバルブを通して水を排出する。
安定した運転のためには、タンクBから供給される水によって、タンクAを常に満水にするか、水があふれ出す状態を維持する必要がある。