キッズアース播磨町校「共明塾」

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【自由研究】水時計の改良！

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兵庫県の理科実験教室、キッズアース播磨町校です。
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東大卒講師が勉強のノウハウを楽しく教える、播磨町の共明塾です。神戸、加古川、明石、高砂からも是非お越しください。
理科実験工作の前には、様々な試作品を作って、作りやすさや安全性を確認しています。
今回は夏休みに予定している「水時計」の試作品についてのお話です。

【「漏刻」（水時計）を作ろう！】


先日書いた「【6月10日】時の記念日と漏刻（ろうこく）」という記事の中で、
多摩六都科学館 (tamarokuto.or.jp)が紹介していた「漏刻」の工作を紹介したのですが、
是非、夏の実験工作で作ってみたい、と思い、材料をそろえることにしました。



[「水時計」初代試作品]

しかし、このコップ型の水時計では、目盛りを入れるのが難しそうです。
出来れば底から口まで広がらない容器の方が良いですよね。

また、段差をつけるのももう少し分かりやすくした方が良い気がします。
というわけで、こんな形で作ってみました。



これだと、同じ容器を重ねているので、高さが分かりやすいですよね。
実験を行ってみると...うまく行きました！

[階段状ディスプレイ用スタンドの活用]

でも、時計として使おうと思うと、やっぱり目盛りのつけ方が難しい。
一番下の容器をビーカーやメスシリンダーみたいなものにすれば分かりやすいかも知れませんが…。

そんな試行錯誤を考えているうちに、階段状のディスプレイ用スタンドを発見しました。
これだと無駄な容器を使う必要がないので、見た目もすっきりしますね。
これに載せられるサイズの容器を並べてみましょう。


 

今度も上手く行きました！

[「垂直思考」から「水平思考」へ]

しかし、容器が小さいだけに、あっという間に一番下の容器がいっぱいになってしまいます。
やはり、一番下の容器を考える必要がありますね。

本来であれば、深めの容器のフタに穴を開け、「矢」の代わりの「棒」が上がる様子を観察する、としたいところです。
しかし、深さをそれなりに取ると、全体の高さをどうするか考えなければいけません。
広く薄く、という方法もありますが、変化を見るのが微妙です。

そんな時、製氷皿を見てひらめいたのです！

 

製氷皿には、上の方に切れ目が入っていて、水が行き来することが出来ます。

水を入れていって、一つ目がいっぱいになれば隣に、またいっぱいになればその隣に、と進んでいくわけです。

縦型ではなく、横型にすることで、時間を計りやすくなる！
ストップウォッチを用意しておけば、水が一つをいっぱいにする速さが一定であることも調べることが出来ます！

[リモコンスタンドでさらなる改良]

一番下の容器の問題は解決しました。
しかし、階段型ディスプレイだと、当たって落ちてしまったり、容器をなくしてしまったりといった可能性があります。

そんなことを考えていると、こんなものを発見しました。



段差のある「リモコンスタンド」です。

これなら、容器をなくしたり、容器に当たってこぼしたりの心配はありません。
ただ、今までと違うのは水の底の部分の高さです。

さて、これでうまくいくでしょうか。
製氷皿もあわせてセットしましょう。



上手くいきました！
これなら、ストップウォッチで時間を計りながら、「漏刻」を作ることができそうです。

[水をどう吸い出すか？]

形は出来ました。
次の問題は、ストローから水をどう吸い出すか、です。

サイフォンの原理が働くためには、ストローの中が水で満たされている必要があります。
では、どうしたらストローを水で満たせるのか。

　①水の中にストローを沈めて、
　②片方の端を押さえ、
　③押さえていない方を高い方の水の中につけ、
　④押さえていた方を高い方の水面より低いところに持って来て手を放す、
という方法を取っています。

確かにこれでも出来るのですが、ストローが細いと、空気がうまく抜けず、上手くいかない場合があります。
3本、4本と連続で成功させなければならないとなると、少し難しいですね。

実は一番簡単な方法は、ストローで水を吸ってしまうことです。
そうすれば、ストローの中は水で満たされます。

ただ、これは見た目にも、衛生的にも抵抗のあるやり方です。
となると、口ではなく、別なもので吸い出せば良いわけで...。

  

最初のスポイトは小さすぎて難しいので、実験教室で使っている大きいスポイトにしたら上手く行きましたが、
100円ショップにて、コスメ入換用の注射器型スポイトを発見しました。
この針の代わりに、先に切れ込みの入れたストローを挿して、漏刻用スポイトの完成です。





[「水時計」キット完成！]

さぁ、これでキットの完成です。
集めて、トレイの上に載せましょう。




うん。良いのが出来ました！

いや、ちょっと待てよ。
どうせ、トレイに入れるなら、フタつきの箱でお渡しして、箱とフタが水受けになるようにしたら…？

 

ちょっと気持ち小さいですが、これなら、箱を開けるワクワク感もありますし、持って帰ってもらうにも楽です。

うん。組立簡単で、失敗の少ない「水時計」キット、完成です！

【「水時計」をつくろう！】


今回は、このイベントで使用する水時計を紹介しました。



実は、自由研究の面白さは、結果を調べるところだけでなく、こういった「試行錯誤」の部分にもあります。

例えば、この試作品を並べて、改良点を書いていく、というのも立派な自由研究ですし、
このサイトに載せている出来上がった水時計を作って、実際に時間を計ってみるのも立派な自由研究です。

難しく考えるのではなく、今できていること、楽しんでいることを、記録しまとめる、
そして、出来ればそこから一歩二歩深掘りしていく、それだけで、立派な自由研究になるのです。

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