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噴水1(落差を利用)

まずは見てみよう!

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どんな実験?

実験手順と種あかし

  • ホースの片方の端にビニールをかぶせて輪ゴムで止め、つまようじでビニールに小さな穴を開けておきます。
  • ホースの中に水を満たしてから、左右の高さを変えます。このときの落差(左右の水面の高さの差。図中の高さA)が噴水を発生させるエネルギー源になります。水の高さの位置エネルギーを利用しているのです。
  • このときの噴水の高さ(高さB)は高さAよりも必ず低くなります。高さAと高さBの差は水の粘性などによって失われたエネルギーに相当します。ホースを太くすることでこの損失エネルギーを小さくすることができます。
  • 二つめの実験では、バケツの水を利用して同じように噴水を作ります。バケツの水面と出口との高さの差(高さC)が噴水のエネルギー源になります。高さCと噴水高さDの差が失われたエネルギーに相当します。
  • 以上の二つの噴水は水の高さのエネルギー(位置エネルギー)を利用したものです。
    水の高さは次の式で計算される水の圧力に相当しています。この圧力を利用しているともいえます。
      (水の圧力)=(水の密度)×(重力加速度)×(水の高さ)
    例) たとえば、高さAが30cm(=0.30m)なら、水の密度は1g/cm3(=1000kg/m3)、重力加速度は9.8m/s2なので、1000×9.8×0.30=2940(Pa)となります。Pa(パスカルと読む)は圧力の単位、計算はkg、mに換算して行うことに注意してください(SI単位)。
【キーワード】 水深と圧力、位置エネルギー
【関連項目】 水の高さとエネルギー
【参考】

日本機械学会編「流れのふしぎ」講談社ブルーバックス、P38−41、P98−101
石綿良三「図解雑学流体力学」ナツメ社、P18−19、P192−193

更新日:2014.4.1