3. Die Zeitmessung mit einer Wasseruhr
3.1 Hintergrund des Experiments

Um seine Theorien über die Bewegungslehre beim freien Fall mit Rechnungen stützen zu könnnen, braucht Galilei ein Instrument, dass es ihm ermöglicht kurze Zeitintervalle genau messen zu können, z. B. die Zeitverhältnisse beim Durchfallen einer schiefen Ebene.
Es gibt verschiedene Möglichkeiten gleiche oder annähernd gleiche Zeitintervalle zu messen. Eine davon, die auch Galilei unter anderem benutzt haben soll, ist die Pulsmessung. Doch ist diese Art der Zeitmessung sehr ungenau.
Eine andere Methode ist die Benutzung von Musik. Musikstücke sind durch Taktvorgaben genau strukturiert. Galilei soll versucht haben, die Zeit, die eine Kugel auf einer schiefen Ebene braucht um eine bestimmte Strecke zu durchfallen, dadurch zu messen, indem er ein Lied mit streng gegliedertem Takt gesungen haben soll.
Dennoch sind die Bewegungen zu schnell. Auch wenn man den Neigungswinkel der schiefen Ebene verkleinert und so die Kugel verlangsamt, ist eine genaue Zeitmessung mit diesen Versuchen immer noch nicht möglich (E. Bellone, Galilei, S. 39).

 

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Die Lösung dieses Problems ist eine sogenannte Wasseruhr1. Ihr Grundprinzip wurde schon von Ktesibios, 100 vor Christus, angewandt.  Es handelt sich um einen Behälter, der sich durch eine kleine Öffnung am Boden, die mit einem Rohr verbunden ist, allmählich mit Wasser füllt. Durch das Rohr fließt solange Wasser, bis die Zeitmessung gestoppt werden soll, dann wird der Wasserstrahl unterbrochen. Die Wassermenge im Behälter wird gewogen. Man vergleicht unterschiedlicheWassermengen, bzw. Zeitmessungen, und stellt dadurch Verhältnisse auf und vermeidet hiermit die Berücksichtigung auf die Einheiten.

 

3.2 Versuchsaufbau und Durchführung des Experimentes
Der von mir verwendete Versuchsaufbau hat die selben Prinzipien zur Grundlage, wie das Modell von Ktesibios. Die Zeit wird mit Hilfe der vergossenen Wassermenge bestimmt. Allerdings wird nicht das Gewicht, sondern die Liter gemessen, die vergossen werden.
Mein Experiment ist einfacher aufgebaut, und entspricht in etwa dem Versuchsaufbau, der im Deutschen Museum ausgestellt ist.
Ein Eimer wird an einem Galgen aufgehängt und mit Wasser gefüllt. Bei Beginn der Messung fliesst das Wasser durch ein zwei Millimeter großes Loch am Boden des Eimers in einen darunterstehenden Messbecher. Die verschiedenen Wassermengen werden verglichen.
 
 
 

Zeit in sec.	10	20	30	40	50	60
Wassermenge in ml.	20	50	75	95	115	145

3.3 Messfehler
Da für eine geringere Wassermenge als 20 ml. kein Messbecher vorhanden ist, kann die Zeitmessung erst ab 10 Sekunden ermittelt werden.
Je größer die Wassermenge desto höher ist die Verfälschung der Ergebnisse durch Wasser, dass aus dem Auffangbehälter, obwohl ein hohes Gefäß verwendet wird, wieder herausspritzt.
Zusätzlich muss die Zeitverzögerung, während der Behälter unter dem Wasserstrahl weggezogen wird, noch berücksichtigt werden.
 
 
 

¹Abbild einer Wasseruhr aus dem 17. Jahrhundert