水時計について

質問

夏休みの自由研究で水圧についてやってます。

いきなりですが、
水時計って水圧と関係ありますか？？

もしよければ、水時計の仕組みと、
ペットボトルでの水時計の作り方を
教えていただければ助かります！

お願いします(>_<)

回答No.2

kagakusuki

>水時計って水圧と関係ありますか？？

　あります。
　水滴を落とす穴の出口における水圧が高い程、同じ時間内に水が落ちる量は多くなります。
　又、水圧以外にも、水の粘度が低い程、同じ時間内に水が落ちる量は多くなります。
　一般的には、温度が高い方が、液体の粘度は低くなる傾向にあります。
　ですから、水を流し出す方のペットボトルの口の近くの側面に、空気を入れるための穴を開けておき、水を流し出す方のペットボトルと、水を受ける方のペットボトルとの間に、液面を一定に保つための容器を設けて、下の添付画像の様な構造としておくと良いと思います。
　水を受けるペットボトルの方に水が滴り落ちて、中間の容器の水面が下がると、上のペットボトルの口の近くにあけた穴が、水面上に現れるため、穴から上のペットボトル内に空気が入るため、上のペットボトル内から中間の容器の中に、水が流れ出し、中間の容器の水面が上昇します。
　中間の容器の水面が上昇して上のペットボトルの小穴が水面下に沈むと、穴から空気が入らなくなるため、上のペットボトルから水が流れ出る事が止まります。
　こうして、中間の容器の水面の高さが一定に保たれるため、中間の容器のキャップに加わる水圧を、ほぼ一定にする事が出来ます。
　時間の経過は、水を受ける方のペットボトルの側面に記した目盛りを使って、何処まで水面が上がったのかという事によって計ります。
　又、上のペットボトルをセットする高さを調整可能な構造としておいた上で、中間の容器にも目盛りを付けておき、温度に応じて、上のペットボトルをセットする高さを調整する事で、中間の容器の水面の高さを変える様にすれば、粘度の変化に対応して、水の滴り落ちる速度を調整する事も出来ます。

　尚、上のペットボトルの口の近くに穴を開けなくても、中間の容器の水面の高さを一定に保つ事は、一応は可能ですが、上のペットボトルから水が流れ落ちる際の勢いが激しくなるため、中間の容器のキャップに加わる水圧が、一瞬だけ激しく変動するため、水時計の精度が僅かに悪くなる恐れがあるかも知れません。

お礼

回答ありがとうございます！！
分かりやすい図まで載せていただき
助かりました！

いい自由研究ができそうです！

ありがとうございました(>_<)

回答No.1

yokkun831

>水時計って水圧と関係ありますか？？

関係します。あまり抵抗なくすいすい通れるあなであれば，水が出る速さは深さの平方根に比例（速さの２乗が深さに比例）します。また，しみ出すような穴や狭いところを出ていく水の速さは，水平断面積が一定の容器であれば，ほぼ深さに比例します。したがって，長い時間をはかるのであれば，時間目盛りは一定間隔になりません。

ペットボトルで作るのは簡単です。大切なのは上下に穴をあけることです。かっこうからしてボトルはさかさまにした方がよさそうですね。キャップに穴をあけたりして水の出口をつくるとともに，上にした底にも空気のはいる穴をあければよいでしょう。水を受ける容器側か，ボトル本体に時間目盛りをつけるとよいと思います。水はなるべく少しずつ出るようにすれば，実用的な時計（ストップウォッチ）になると思います。

ガリレオが，斜面上の小球の運動を水時計で測定したことは有名です。ある決まった位置を通るまでの時間を，大きめの容器からちょろちょろと流れ出す水の量ではかりました。水の質量を量るか，体積をメスシリンダーなどで正確に量ると，かなりの精度が得られるようです。大きな容器から少しずつ流れ出す水の速さは，測定中に低下する水位はわずかなので，ほぼ一定になり，流れ出す質量や体積に比例するわけです。

お礼

回答、こんなに早くありがとうございます！

分かりやすい説明で助かりました！

本当ありがとうございます(>_<)