A. Giriş

Zaman, periyodik veya sürekli fiziksel süreçler kullanılarak ölçülebilir. Modern atom saatlerinin geliştirilmesinden önce, güneş saatleri, sarkaçlı saatler ve su saatleri gibi çeşitli yöntemler zaman ölçümü için kullanılıyordu.

Su saati, kontrollü su akışıyla zamanı ölçer. Bu deneyde, su akışını yöneten fiziksel ilkeleri inceleyecek ve bunları bir su saati yapmak için uygulayacaksınız.

B. Deney Bileşenleri

Aşağıdaki ekipman sağlanmaktadır:

1. Tank A (alt tank, vana ve iki delik tıkacı ile donatılmış)

2. Tank B (üst tank, su temini için ve bir delik tıkacı)

3. Tank desteği

4. Su toplama kabı

5. İki adet su şişesi (her biri 2 L, resimde gösterilmemiştir)

6. Sifon pompası

7. Kronometre

8. Ölçü kabı

9. Cetvel

10. Su terazisi (Kabarcık terazisi)

11. Ayarlanabilir destek tabanı

12. Havlu (Resimde gösterilmemiştir)

*Havlu hatıra amaçlıdır, lütfen sınav bittikten sonra yanınıza alınız.

None

Destek seviyesinin ayarlanması

Ayarlanabilir desteğin plakasının altında dört adet vidalı pedal bulunmaktadır. Pedalları çevirerek her birinin yüksekliğini değiştirebilirsiniz.

None

Sifon pompası

Su kabı çok suyla dolarsa, sifon pompası kullanarak suyu boşaltabilirsiniz. Düz hortumu suya daldırın ve esnek hortumu su şişesine yerleştirin. Ardından, kırmızı kısmı bastırarak suyu su tankına aktarabilirsiniz.

NOT:

Yükseklikleri doğru bir şekilde ölçebilmek için, ölçümlere başlamadan önce ayarlanabilir desteğin ve tankların düz durduğundan emin olun.

Cihazın suda yüzmesini önlemek için toplama kabını düzenli olarak boşaltın.

Cevap kağıdına yazmadan veya diğer deney ekipmanlarını kullanmadan önce ellerinizi kurulayın.

Sızıntı, arıza veya delik tapasının kaybolması durumunda derhal bir görevliye haber verin.

C. Deney

Bir vanadan su tahliyesi

1. Ayarlanabilir destek tabanını su toplama kabına yerleştirin.

2. Vida pedallarını ayarlayarak ayarlanabilir destek tabanını yatay bir şekilde sabitleyin.

3. Tank desteğini ayarlanabilir desteğin üzerine yerleştirin.

4. Tank-A 'yı tank desteğinin üzerine yerleştirin.

Tank-A'nın üç çıkışı vardır: bir adet 5 mm çapında delik, bir adet 4 mm çapında delik ve 4 mm çapında bir vana

A kısmında, sadece vanayı kullanın.

A1  ^0.50 Tank A'nin iç boyutlarını ölçün. Tankın genişliğini, uzunluğunu ve yükseklik işaretleri arasındaki mesafeyi ölçün. İşaretlemenin vana ve deliklerin merkezinden olduğuna dikkat edin.

A2  ^1.00 Tank A’yı 5.0 cm yüksekliğe kadar suyla doldurunuz. Vanayı sonuna kadar açınız. Su seviyesinin 5.0 cm’den 4.0 cm’ye düşmesi için geçen süreyi belirsizliğiyle birlikte ölçünüz. Yükseklikler için tank üzerindeki işareti kullanınız.

A3  ^1.50 A.2’deki ölçümü, 3 cm’nin üzerindeki en az dört farklı başlangıç su yüksekliği için tekrarlayınız. Daha düşük başlangıç yüksekliklerinde, örneğin 1 ile 3 cm arasında, deney çok uzun sürmektedir. Her ölçüm için deneysel verilerinizi ve su seviyesinin her bir yükseklikten 1.0 cm azalması için gereken ortalama süreyi kaydediniz.

A4  ^1.00 Suyun, her başlangıç yüksekliğinden 1 cm azaldıkça dışarı akarkenki ortalama hızını $v_v$ bulun.

NOT: Size sağlanan hesap makinesini kullanabilirsiniz.

A5  ^1.00 Ortalama hızın aşağıdaki koşulu sağladığını varsayalım

$$v_v = C_1 h^x$$
Üs değeri $x$'i belirlemek için uygun bir grafik çiziniz. Grafiğinizden elde edilen $x$ üs değeri nedir?

Üs $x$ değerini belirlemek için başlangıç ve son yüksekliklerin ortalamasını kullanmanın daha uygun olduğunu unutmayın.

Bir delikten su akışı

Bu bölümde, Tank-A'daki çapı 4 mm olan daha küçük deliği kullanınız.

Ve A bölümünde kullanılan vana kapalı olmalıdır.

B1  ^1.50 En az beş farklı başlangıç su yüksekliği h için, su seviyesinin 1.0 cm azalması için gereken süreyi ölçünüz.

B2  ^0.50 Her bir başlangıç su yüksekliği için delikten çıkan suyun ortalama hızını $v_h$ bulun.

A-4'deki yöntemle aynı yöntemi kullanın.

B3  ^1.00 Vanadan geçen ortalama akış hızı $v_v$ ile delikten geçen ortalama akış hızı $v_h$’yi karşılaştırınız.

Şunu varsayalım ki, $v_v = C_2 v_h$

$C_2$ sabitini bulun.

Su saatinin yapımı

A ve B tanklarını kullanarak bir su saati yapın.

Tankları şu şekilde yerleştirin:

Tank A (vanalı) aşağıya yerleştirilir.
Tank B (5 mm delikli) yukarıya yerleştirilir.

Tank B, Tank A'ya su sağlar.

Tank A, tamamen açık olan vana aracılığıyla suyu boşaltır.

Düzgün çalışma için, Tank A’nın Tank B’den sağlanan su ile dolu veya taşma durumunda kalması gerekir.

C1  ^1.00 Tank A’nın dolu kalması veya taşması için Tank B’deki deliğin merkezinden itibaren gereken minimum su yüksekliğini $h_c$ olarak alalım. Kendi başınıza bir deney tasarlayın ve bunu gerçekleştirin. Deney verilerinizi kaydedin ve deney sonucunuza göre $h_c$ değerini tahmin edin.

C2  ^1.00 Tank B, su saatinin çalışması için periyodik olarak yeniden doldurulması gerekir. Kendi deneyinizi tasarlayın. Deney düzeneğinizi çizin ve neyi ölçtüğünüzü yazın.

Su saatinin kesintisiz çalışmasını sürdürürken, yeniden doldurma işlemleri arasındaki maksimum zaman aralığını deneysel olarak belirleyiniz