砂時計の疑問
｜孔の直径が２倍になると出る速さは｜砂の大きさと流れの関係｜外の環境の温度｜上下の容
器の温度差が急激に起こると｜砂の量が減ったら流れる速さは減るの？｜静電気の影響は｜月
に持っていったら？｜宇宙空間では流れるの｜砂時計の時間とは｜一年計砂時計の中は汚れな
い？｜砂は摩耗｜孔の摩耗は無いの？｜砂時計の時間精度｜砂時計を傾けたら｜砂時計に使う
砂の形｜一年計砂時計の容器の作り方｜一年計砂時計の孔部分の作り方｜一年計の砂の入れ方
｜湿度の影響は｜一年計砂時計の砂粒の数｜砂の成分は｜砂の比重｜ガラスの材質は｜
（１）同じ砂で、孔の大きさが２倍になったら、砂の出る量はどうなるのかな？
・孔を流れる粉体の流出速度は、「オリフィス径の2.5 乗則」という経験則があります。したがって、約６倍になります。たとえば下の表のようになります
孔倍率 １ ２ ３ ４ 10
量倍率 １ ６ 16 32 316
実験では、この2.5乗は､2.5から2.7[-]の範囲の粉が多い。
http://www.f5.dion.ne.jp/~yshiwa/hourglass/hglassquestions/hglassQ%26A.htm (1/6) [2003/04/09 20:02:24]
（２）孔の大きさが同じで、砂の大きさが変わったらどうなりすか？
１）砂が小さくなると、出る量少なくなります。
２）砂が大きくなると、出る量は多くなります。
しかし、いずれの場合も、極端に少なくなったり多くなったりすることはありません。
・砂と孔の大きさの割合が６倍（孔／砂）以下になると詰まりが生じます。経験則です。
・小さな砂でも、さらさらしていると流れます。どこまで小さくなっても流れるかはテストしてみなけれれば判らないのが現状です。わたしの研究では現在、ガラスビーズですが、0.125mm の小さな孔で微小な振動を与えながらではあるが、１時間に0.65grを達成しています。（３時間で実験ストップ）これを用いた砂時計は、一年で5.694kg というとてつもない小さな一年計ができることになります。100 年計としたら、約570kg です。いかかですか、どなたか作りませんか。
・砂暦の孔径は0.84mmφ、砂は110 μｍ（74〜125 μｍの間の砂の大きさで、髪の毛の直径程度です）。
（３）砂時計は、外の環境の温度が低いと速く流れるという実験結果があり、おもしろい性質を持っています。理由はまだわかりません。
（４）砂時計の上下の容器の温度差が急激に起こると、流れが乱れます。砂時計の中の空気の膨張、収縮のために、孔（ノズル）の部分で空気が出入りするからです。孔を通過している砂はこの出入るする空気によって戻されたり押し出されたりするのです。寒暖計のアルコールが気温の上下につれて変化するように、砂時計の場合も空気の運動は目に見えませんが、それと同じような現象が起こっているのです。孔を流れている砂をよく観察するとのことが理解できます。
（５）静電気が発生すると、そのときは全く流れなくなります粒子が静電気によりノズルやガラス面に付着するためです。しばくするると、電気が逃げてしまうために流れ始めます。
（６）砂はなぜ同じ速さで落ちるのでしょうか。
ガラス容器の下のほうにある砂は、ずっと上にある砂からの圧力を支える性質を持っています。その圧力は最終的にはガラス容器の壁で支えられています。したがって、いま落ちて
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いる砂は、オリフィスのずっと上の砂の圧力を受ける事なく、然の落下で落ちることができるために同じになるのです。
（７）月の世界では、落ちる速度は地球の６倍遅くなります。
この一年計は，６年計になります。ホントかな？
（８）宇宙空間、無重力では流れません。
砂は、容器内で飛び回っているでしょう。
（９）砂時計でなぜ今の時間がわからないの？
時間とは、何なのでしょうか。今の時間とは何なのしょうか。あなたが、今そこに居るから、存在しているから『時』という『物』が動いているのではないでしょうか。となると、砂時計の砂が流れている今が、質問したその時が、あなたの時間なのではないでしょう か。したがって砂時計ではそのような時間が判ると、私は考えます。そのような時間は、砂の流れと共に消え去って行きます。砂時計では、無常にもその過ぎ去った時間を砂一粒一粒に見せてくれています。一粒の砂にあなたは何を思い、そして美しい時間を与えて挙げたでしょうか。今の時間、時刻を知りたいならば、あなたの素敵な腕に輝いているデジタル腕計を見てみて下さい。正確に知ることができますよ。しかし、きっとその瞬間に『悪魔の時間』に追われるでしょう。
（10）一年計の砂時計は、中が汚れてきませんか。
汚れてきます。自然の砂を使用ていますから、砂の表面には粘土質の小さな粒かたくさん付着しています。となると、次第に粘土がほこりとして出てくるのです。
（11）砂は摩耗しませんか。
砂時計からの静かな流れでは、皆さんのお子さんの頃になっても大丈夫でしょう。あなたの庭先の踏石が減ったら、砂時計の砂の摩耗を心配して、私に電話して下さい。しかし、そのときには私はこの世のものではないでようね。
（12）では、孔の部分はどうですか、摩耗しませんか。
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ひょっとしたら摩耗するかもしれません。ここは弱い力であるにしても、常に砂がぶつかっている、または擦れているから。
（13）砂時計の時間精度はどの程度ですか。
十四世紀の分胴時計はかなり正確さに欠けていた。しばしば一日に一時間以上も狂いが生じ、まともに作動することすらなかったので、つねに水時計なり砂時計なりで時刻を補正する必要があった、とある。金子硝子工芸の金子実さんは、１分計で１秒以内に作っているとおっしゃっています。それは砂鉄で作られた砂時計の場合です。
（14）砂時計を傾けたら時間はどう変わりますか。
テスト結果では、大きく変化しませんでした。データの数が少ないので今後のテストを待ちましょう。
（15）砂時計に使う砂の形はどのような形ですか。
非常に丸みを帯びた粒です。これは自然の砂で昔は海だったところの砂で、波の運動で何億年もの洗浄がなされているといわれています。
（16）一年計砂時計の容器はどのうにして作ったのですか。
これは日本で作れなく、ドイツ製です。大きな円筒ガラスを火で焙りながらゆっくり溶かして、ロートの様な型を作って行ったそうです。ドイツの技術で、作り方は秘密になっています。ドイツ職人の技術の結晶です。しかし、1998年12月、韓国からの依頼があって、もう一度同じような砂時計を見積り依頼したら、もう出来ませんと断ってきました。技術屋が会社を辞めたという。
（17）では、孔の部分はどのようにして作るのですか。
これは、日本製で、長年の蓄積されたガラス加工職人さんの技術です。一本一本手作りで根気よく作られました。NHK テレビでその様子が、1991.1.31.放映されました。
（18）どうやって、あの砂は入れたのですか。
ここに持ってくる前に、砂は、工場で大きな砂や他の汚い物が除かれ、奇麗に水洗いを行ない、乾燥後、何度も何度も網を通しました。現地での投入に際しては、再度、網を通し、少しづつ入れました。わたしは15メートルのこんな高い処での作業は初めてで、一週間かかり
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ました。
（19）砂時計の中の湿気は、大丈夫ですか。
過度の湿気は、御心配のように砂時計には大敵です。空気は少しずつ容器の中に入りますが、その空気は乾燥剤の中を通ってきますから大丈夫です。乾燥剤は、定期的に交換します。しかし、あまり乾燥すると、静電気のいたずらが始まると考えられますから注意が必要でしょう。
（20）あの砂の数が、6,000 億粒であると、どのようにして判るのですか。
ある程度大きな砂つぶなら、単純にある数の重さを精密に計り、１トンの砂に陥換算すれば良いでしょうが、この様に小さな砂になると大変です。網で砂の粒度分布というものを
もとめ、難しい計算で求めます。ふるい網で求めるということは、おもしろいですよね。
湾岸戦争での日本への援助額は、90億＄＝1 兆2000億円。砂時計の砂一粒1.8 円で砂を買ってくれということになる。
（21）砂の成分は、何ですか。
主成分は、二酸化けい素（石英、SiO2）です。自然の砂ですから、そのほかに、アルミナ（Al2O3 ）、鉄分（二酸化鉄、Fe2O3 ）カルシュ−ム分（CaO ）、マグネシューム分（MgO ）などが含まれています。表−２に島根県の代表的な海岸砂浜の化学
成分を示しました。
表−２．島根県の代表海岸砂の成分−仁摩町誌より−
産 地 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO 灼熱減量
浜山砂山( 出雲市) 84.96 7.11 1.74 0.76 0.54 1.72
琴ケ浜（仁万町） 88.60 6.54 0.96 1.16 0.35 1.50
波来浜（江津市） 81.26 0.63 1.66 1.08 0.70 1.72
半田浜（江津市） 78.08 2.78 2.42 1.57 0.74 1.42
緑ケ丘（益田市） 86.54 8.16 1.74 0.56 0.58 1.76
SiO2は、硬くて耐火性が強い物質です。
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（22）砂の比重（密度）は、どれ位ですか。
2.63〜2.65程度です。水の密度は、ほぼ1.0 です。
（23）砂時計のガラスはどんな種類のガラスですか
ガラスの内で最も硬いもので、「硼珪酸ガラス」といわれる物です。ガラスには、二酸化ケイ素のみからできているガラスで、プリズム、レンズなどに使用されている硅酸ガラス、窓ガラスや瓶などに用いられているソーダ石灰ガラス、クリスタルガラスや色ガラス様としてのカリ石灰ガラスそして硼珪酸ガラスなどがあります。
その他、鉛ガラス、硅酸アルカリガラスなどがあります。ここに用いた硼珪酸硝子は耐熱性のよいガラスで、料理の時に使ったりコヒー沸かしの時に使うガラス容器など、身じかに使われているガラスです。このガラスの線膨張係数は32〜33×10^-7です。比重は2.23。
この種の硝子は、一般にパイレックスガラス（ア