Construire une horloge à eau pour montrer le goutte à goutte, goutte à goutte, goutte à goutte du temps
Quels sont quelques-unes des façons dont nous gardons une trace du temps? Nous avons réveils, montres-bracelets et horloges de téléphone cellulaire, pour ne citer que quelques-uns. Juste il y a quelques centaines d'années, nos ancêtres n'avaient pas de ces commodités, mais ils ont trouvé des façons de dire le temps. Comment? En utilisant des dispositifs tels que les horloges d'eau. Dans ce projet scientifique, vous suivrez les traces des premiers ingénieurs et de construire une horloge d'eau qui permet de suivre le temps pendant trois heures.
Pour construire une horloge d'eau qui suit trois heures de temps.
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introduction
Dans l'Egypte ancienne, les prêtres du temple devaient accomplir des rituels religieux à certains moments de la journée, donc un chronométrage précis était nécessaire. Les cadrans solaires ont gardé la trace de temps pendant les heures de jour et aussi longtemps que le soleil était. Parce que pendant un chronométrage précis de la nuit était aussi une nécessité, les Egyptiens ont développé l'horloge de l'eau. appelé la clepsydre (littéralement, « voleur d'eau ») en grec, au 16ème siècle B.C.E. Une horloge d'eau est un dispositif dans lequel le temps est mesuré par le débit d'eau dans ou hors d'un vaisseau. Comme l'horloge de l'eau dépend uniquement du débit d'eau, il peut fonctionner pendant la nuit ou les jours où le soleil ne brille pas. Les Grecs et les Romains sont venus aussi dépendre des horloges à eau, et les deux cultures a apporté des améliorations sur la conception de base.
Dans ce projet d'ingénierie mécanique, vous allez construire une horloge simple eau - beaucoup plus simple que celle montrée dans la vidéo! La figure 1 montre un exemple d'une simple horloge d'eau; il suit trois heures de temps.
Figure 1. Cette image montre une conception possible d'une horloge d'eau. Notez que le récipient supérieur, le récipient inférieur, le flotteur et le bâton de flotteur (attaché au flotteur).
Trois grandes parties composent l'horloge de l'eau que vous allez construire: (premier) un récipient supérieur à partir de laquelle l'eau coule due à la pesanteur; (Secondes) un récipient inférieur qui attire l'eau lors de son écoulement hors du récipient supérieur; et (troisième) un « bâton de flotteur » fabriqué à partir d'un bouchon et une cheville de bois qui permet à une personne de suivre visuellement le temps. Comme l'eau coule dans le récipient supérieur au récipient inférieur, le bâton de flotteur monte. La distance du bâton monte est liée non seulement à la quantité d'eau dans le récipient inférieur, mais aussi combien de temps est passé; il indique le temps écoulé depuis le récipient inférieur était vide. Comme l'ingénieur responsable du projet, votre travail sera d'expérimenter et de déterminer les meilleurs conteneurs à utiliser afin de créer une horloge d'eau pour suivre le passage de trois heures de temps. La procédure expérimentale ci-dessous présente une conception générale pour construire l'horloge de l'eau, mais vous devriez vous sentir libre d'utiliser le processus de conception technique pour améliorer votre propre conception et de créer une horloge qui fait appel à vous.
Termes et concepts
- Quel rôle joue la pesanteur dans la fonction de l'horloge de l'eau?
- Une toilette à chasse utilise le débit d'eau pour éliminer les déchets. Comment un siphon contribue à la fonction d'une toilette?
- Quels types de matériaux font de bons bâtons flottants? Pourquoi?
Bibliographie
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Matériel et équipement
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Procédure expérimentale
Note: Ce projet d'ingénierie est mieux décrit par le processus de conception d'ingénierie, par opposition à la méthode scientifique. Vous pouvez demander à votre professeur s'il est acceptable de suivre le processus de conception technique de votre projet avant de commencer. Vous pouvez en apprendre davantage sur le processus de conception d'ingénierie dans la Science Buddies Design Engineering Guide du processus.
Conception de l'eau Horloge
Construire l'eau Horloge
- Lorsque vous avez choisi vos conteneurs, vous êtes prêt à concevoir les autres parties de votre horloge et les assembler. Vous mettrez ensemble le bâton de flotteur, fixez le bâton flottant au bûcher du bois, puis la bande du jeu de bois au fond du récipient. Enfin, vous allez tester l'horloge de votre eau.
- Tout d'abord, préparer le récipient supérieur et de le tester pour vous assurer qu'il est étanche à l'eau.
- Préparer le récipient supérieur en bloquant les ouvertures le long du fond. L'horloge de l'eau a besoin d'une seule ouverture pour l'eau de circuler à travers, et vous fera cette ouverture plus tard. Le récipient supérieur sur la figure 1 est un pot en matière plastique avec plusieurs ouvertures le long de la partie inférieure. Si votre récipient supérieur a des ouvertures comme le pot de fleurs fait, utiliser du mastic du plombier pour bloquer tous. La figure 2 montre une partie des ouvertures bloquées avec un petit bouchon de mastic de plomberie. Si votre récipient supérieur n'a pas d'ouvertures, puis sauter cette étape et passer à l'étape 3.
Figure 2. Cette image montre un pot de fleurs avec quelques-unes des ouvertures bloquées avec du mastic de plombier.
- Si vous deviez bloquer les trous dans le récipient supérieur, effectuer un test d'eau pour faire en sorte que les trous sont complètement bloqués et le récipient ne fuit pas. Remplissez le récipient supérieur avec de l'eau et laisser reposer pendant une heure, vérifier qu'il n'y a pas de fuites. Si vous ne voyez pas de fuite après une heure, vider l'eau et mettre de côté le récipient supérieur. La figure 3 montre une analyse de l'eau sur le récipient supérieur.
Figure 3. Effectuer un test d'eau sur le récipient supérieur en le remplissant avec de l'eau et en vous assurant qu'il ne fuit pas après une heure.
Figure 4. Cette image montre l'ensemble de bâton à flotteur inséré dans les œillets de l'enjeu du bois et le piquet de bois collé au fond du récipient.
Figure 5. Lorsque vous démarrez votre horloge de l'eau, l'eau doit couler régulièrement du récipient supérieur dans le récipient inférieur, comme le montre cette image.
Tableau 2. Enregistrez vos données de temps et de distance dans un tableau comme celui-ci.
Analyse des données
- Passez en revue les données du tableau 1. Est-ce que vos données varient beaucoup au cours des trois essais? Si oui, que croyez-vous fait la variation? Représenter graphiquement toutes les données sur un graphique à barres.
- Vous pouvez faire votre graphique manuellement ou vous pouvez faire votre graphique en ligne à CreateAGraph.
- Etiqueter l'heure x-axe et la distance de l'axe y (pouces).
- Si vous voyez une variation entre les essais, que pensez-vous la cause? Est-ce que le débit le changement au fil du temps? Astuce: Lire les Variations pour une explication.
- Représenter graphiquement les données de débit sur une parcelle de x-y. Etiqueter l'heure axe des x et l'axe y Débit (gouttes / min).
- Pensez-vous que vous pouvez utiliser une horloge d'eau dans votre vie quotidienne, peut-être à des tâches de temps comme faire ses devoirs?
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