Творческая работа по физике "Фонтаны" (7 класс). Как сделать фонтан герона своими руками из бутылок Как сделать самый простой фонтан для физики
Попцов Егор, Максимов Алексей
Данный учебный проект был представлен на Первой школьной научно - практической конференции и вызвал восторг всех слушателей. т.к действующая модель фонтана, изготовленная руками детей и родителей радовала всех в течение всей конференции. В данной работе вы познакомитесь с основами проектирования простейших изобретений с минимумом знаний по физике.
Скачать:
Предварительный просмотр:
Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com
Подписи к слайдам:
Творческий проект «Фонтаны» Выполнили: Попцов Егор Максимов Алексей, 7 «А» класс Учитель физики: Бухалова М.Н.
Цели проекта: Познакомиться с принципом работы фонтана. Используя свойства сообщающихся сосудов, построить модель фонтана.
Задачи проекта: Изучить физические основы работы фонтана Сконструировать фонтан своими руками
Первый этап проекта: информационный. Говорят, есть три вещи, на которые можно смотреть бесконечно – огонь, вода и звезды. Воздух у водоема всегда чист, свеж и прохладен. Да и не зря говорят, что вода – «очищает», «омывает», не только тело, но и душу.
История возникновения фонтанов начинается в Древней Греции, а продолжается в Древнем Риме. Также фонтаны использовались в Древнем Египте и Месопотамии. Доказательство этому - рисунки на древних надгробиях. Первоначально фонтаны использовались для полива садов и растений. По восточным канонам сад должен был отражать четыре субстанции: воду, растения, цветы и музыку. История
Таким образом, уже в древности люди задумывались о том, как создать искусственные водоемы, особенно интересовала их загадка бегущей воды. Слово фонтан – латино-итальянского происхождения, происходит оно от латинского «фонтис», что переводится «источник». По смыслу это означает струю воды, бьющую вверх или под напором вытекающую из трубы.
Естественные Известны естественно образовавшиеся фонтаны, называющиеся гейзерами (Йеллоустонский парк) Техногенные Искусственно созданным фонтаном является фонтанирующая нефтяная скважина. Батареи из множества водяных фонтанов горячей воды используются для её охлаждения на тепловых электростанциях. Декоративные В обиходе фонтаном называют специфическое гидротехническое сооружение, как правило выполняющее декоративную функцию. Виды фонтанов
Есть водные фонтаны природного происхождения – фонтанирующие струями родники.
В природе существуют гигантские фонтаны горячей воды и пара. Они называются гейзерами. Их можно часто встретить рядом с вулканами.
С архитектурной точки зрения – фонтан – сооружение, которое служит основанием или ограждением для струящихся вверх и стекающих вниз струй воды. Изначально фонтаны возводились как общественный источник питьевой воды. Позднее сочетание зелёных насаждений, движущейся воды из фонтанов и архитектурных композиций стало одним из средств выполнения неповторимых художественно-образных решений в современной архитектуре.
Современный город нельзя представить без фонтана. Светомузыкальный фонтан в городском парке г. Альметьевска. Светодинамический фонтан на площади у ДК "Нефтче" г. Альметьевска (реконструкция).
Фонтан в парке г. Лениногорск. Верхняя чаша фонтанной композиции санатория "ЯН" Альметьевского района РТ.
Сообщающиеся сосуды Сосуды,имеющие между собой сообщение или общее дно, принято называть сообщающимися. В жизни часто встречаются такие сосуды. Различные чайники, лейки, водомерные стекла при паровых котлах,коленом согнутая трубка– все это примеры сообщающихся сосудов.
Свободные поверхности покоящейся жидкости в сообщающихся сосудах любой формы находятся на одном уровне. Вода, налитая в лейку, в чайник, заполняет и носик этих сосудов, потому что одинаковые по высоте столбы одинаковой жидкости производят одинаковые давления. Если же жидкость в сообщающихся сосудах находится на разных уровнях, то создается так называемый напор жидкости. Напор– это давление, которое производит вес столба жидкости высотой, равной разности уровней. Под действием этого давления жидкость, если убрать зажим, будет протекать в тот сосуд, где уровень ее ниже, до тех пор, пока уровни не сравняются. Естественным напором обладает вода, падающая с высоты, например, в горных речках, у плотины. Чем выше плотина,тем больше будет напор воды, поднятой этой плотиной. В технике часто напором воды называют разность уровней воды в сообщающихся сосудах.
Какая от них польза? Совершенный фонтан - ваш первый шаг на новый уровень релаксации и осознания. Ваша цель - достичь высшего ощущения умиротворенности, спокойствия и безмятежности. Есть много фонтанов, которые способны избавить вас от напряжения. Расслабление и снятие напряжения.
Благоустройство и декор. Фонтан может стать ярким центром, притягивающим взгляды людей к себе и увеличивающим красоту любого помещения. Он служит функциональным декоративным изделием, которым можно наслаждаться, одновременно созерцая и слушая. Фонтаны часто помещают в сады, холлы, офисы, комнаты ожидания, лобби, гостиные и спальни.
Устройство Устройство фонтана основано на принципе сообщающихся сосудов известного нам из физики. Воду собирают в емкость расположенную выше бассейна фонтана. При этом давление воды на выходе из фонтана будет равно разнице высот воды H1. H1 Соответственно чем больше разница этих высот, тем сильнее давление и выше бьет струя фонтана. Так же на высоту струи фонтана влияет диаметр выходного отверстия фонтана. Чем оно меньше, тем выше бьет фонтан.
Для того, чтобы построить модель фонтана, необходим резервуар с водой, например широкая банка, резиновая или стеклянная трубка, бассейн из низкой жестяной банки. Чем выше поднят резервуар и тоньше выходное отверстие, тем выше будет бить струя воды. Поэтому для трубочки фонтана лучше использовать пипетку, сняв с нее резинку. Остальную часть устройства можно замаскировать,создав модель красивого уголка сада с фонтаном Второй этап проекта: практическая работа.
Сегодня, как и во все времена, нашей актуальной задачей является охрана природы и бережное отношение к ней. Фонтаны помогут нам в этом. И не только в этом: использование приборов из подручных средств придает эффективность обучению и развитию творческих способностей. Самое главное:физика– это не страшно, физика– это интересно!
Ресурсы: Интернет-статьи http://jtdigest.narod.ru/dig1 «Геронов фонтан в вашей квартире» Ожегов С.Н. Шведова Н.Ю.Толковый словарь русского языка: 80 тыс.слов и фразеологических выражений / Российская академия наук. Институт русского языка им. В.В.Виноградова.- 4 изд.; дополненное.-М.: Азбуковник, 1999.-944 стр. Большая советская энциклопедия. –М., 1977.-т.27 Техника: Энциклопедия/ Оформл. Серии Л.Яковлева. – М.: ООО “РОСМЭН-ИЗДАТ”, 2000.-399с.-(Детская энциклопедия). Я.И Перельман «Занимательная физика» книга 2, ТРИАДА-ЛИТЕРА Москва, 1994 год.
Спасибо за внимание!
Научно- исследовательской проект
Секция: Научно-техническое творчество
Тема: «Создание модели фонтана»
Научный руководитель: Рязанова Татьяна Николаевна
2015
Оглавление:
Введение…………………………………………………….……3
Основная часть
История возникновения фонтанов…………..……………4
Принцип действия…………………………………………6
Разновидности……………………………………………...6
Фонтаны города Подольска и Подольского района……..8
Экспериментальная часть………………………………....9
Заключение……………………………………………………...10
Список использованной литературы……………………….…11
Приложение……………………………………………………..12
Введение
Актуальность проблемы: д ействие воды на человека можно назвать поистине магическим. Журчание фонтана снимает стресс, успокаивает и заставляет забыть о тревогах. Специалисты по фен-Шую скажут, что водная стихия «приманивает» здоровье и даже провоцирует карьерный рост. А люди практичные знают, что фонтан увлажняет воздух и к тому же работает как природный ионизатор.
Цели исследования: расширить область знаний по теме «Сообщающиеся сосуды», рассмотреть действие закона сообщающихся сосудов на примере работы макета фонтана.
Задачи:
1. Изучить материал о фонтанах: их видах и принципах действия.
2. Сконструировать макет фонтана и с его помощью провести опыты, объясняющие принцип работы фонтана.
3. Создать перечень фонтанов города Подольска.
4. Проанализировать полученную информацию и сделать выводы об устройстве и принципе работы фонтанов.
Методы:
Изучение литературных и других информационных источников, проведение экспериментов, анализ информации и результатов.
Основная часть
История возникновения фонтанов
Фонтан – струя жидкости, газа, выбрасываемая вверх из трубы или отверстия силой давления . Первые фонтаны возникли в Древнем Египте и Месопотамии , о чем свидетельствуют изображения на древних надгробиях. Изначально они использовались не столько для красоты, сколько для полива выращиваемых культур и декоративных растений. Египтяне сооружали фонтаны во фруктовых садах возле дома, где они устанавливались посреди прямоугольного пруда. Подобные фонтаны использовались в Месопотамии и Персии, славившимися своими прекрасными садами. Здесь на Востоке они получили еще большую популярность. По определенным канонам персидский восточный сад должен был отражать четыре сущности – воду, цветы, растения и музыку, что можно видеть на старинных изображениях и ковровых рисунках. Мусульманские сады были окружены террасами из разноцветной плитки, брызги фонтана, отражаясь от них, создавали необыкновенную игру света и тени. Позже по их подобию были построены сады в Толедо, Гранаде и других городах.
В садах другого типа единство создавали – вода, цветы, деревья, свет и тень. Ярким примером такой ландшафтной архитектуры являются сады Тадж Махала в Индии и сады Шалимара . В таких садах важным акцентом являются полноводные источники, сбегающие с гор, где у подножия их русла искусственно поворачивают, создавая водоемы и водопады. Огромное значения фонтаны имели в Китае и Японии. Самый знаменитый японский сад Киото – в его создании участвовали монахи буддисты. Каждый элемент этого сада – несет в себе особое значение и вызывает у посетителей определенное настроение и состояние души. Ландшафтной и архитектурной основой фонтанов и садов в Европе послужили персидские сады. В средние века сады появлялись при монастырях и подобно персидскому саду делились на четыре части – для цветов, трав, овощных культур и фруктовых деревьев. В середине сада был расположен колодец или фонтан – место уединения, размышления и молитвы для послушников монастыря. Но в основном, как и в Древнем мире, в эпоху Средневековья фонтаны использовались как источники водоснабжения – для полива и питья. Только с началом Эпохи Возрождения фонтаны в Европе становятся частью архитектурного ансамбля, его ярким акцентом, а порой главным элементом. Римский стиль стал главенствующим.
На помощь к природным источникам пришли насосы и вместо подземных ключей на римских холмах забили фонтаны. Примером итальянского ренессанса служит вилла Ланте . Постепенно новые веяния в архитектуре распространялись по всей Европе. Наибольший рассвет ландшафтно-паркового искусства был достигнут во Франции в 17 веке, его венцом стал Версаль – король регулярных парков, ставший основой для создания подобных дворцово-парковых ансамблей во всем мире. Именно версальские фонтаны подвигли Петра I на замысел Петергофа.
Надо признать, что фонтаны Петергофа в чем-то превзошли свой французский прототип. Это грандиозный музей фонтанного искусства XVIII-XIX вв. Здесь представлено множество одно- и многоструйных фонтанов, солирующих, парных, сгруппированных в ряды, фонтанов в виде водяных колоколов и столпов. Рисунки струй не повторяются, это веера, букеты, завесы и т.д. Различны петергофские фонтаны и по звучанию – от чуть слышимого шелеста до оглушительного торжествующего гула.
В конце 17 века с приходом «романтизма» претерпело изменение и ландшафтное искусство. В моду вошли парки в «английском стиле» , когда все наиболее приближено к «дикой» природе, без шика и помпезности. Архитектура водных источников также отличалась природной естественностью и простотой.
Современные фонтаны соревнуются в высоте. Фонтан короля Фахда расположенный на Красном море, поднимается на высоту 260 м, в хорошую погоду он может достичь высоты 318 м (для сравнения высота Эйфелевой башни 300м). В современных фонтанах значительную роль играют передовые технологии, новые изобретения.
Самый дорогой и большой фонтанный комплекс в мире – «Dubai Fountain”(Дубай Фонтан). Длина фонтана 275 м, а его площадь сравнима с площадью трех стандартных футбольных полей. Первоначальная высота, на которую поднимались струи – 150 метров, позднее высота увеличилась до 275 метров. Он относится к типу танцующих фонтанов. В его репертуаре классическая, арабская и поп-музыка, и под каждую из мелодий фонтан «исполняет» различный танец. Комплекс Dubai Fountain состоит из искусственного водоема, расположенного у подножия самого высокого здания в мире, башни Бурдж Халифа, сотен струй, которые могут подниматься на высоту до 310 м, 6600 точечных светильников и 25 цветных прожекторов. Правда, самые мощные водяные пушки требуют подзарядки после использования, поэтому их включают только в самые яркие моменты представления. У сооружения предусмотрена собственная система насосов и очистки воды. Через год после открытия фонтан модернизировали, добавив в конструкцию дымогенераторы и газовые форсунки, и теперь водная симфония может сопровождаться эффектами дыма и огня. Самый большой и дорогой фонтан на Земле установил еще один рекорд – это самая яркая точка в Азии, которую можно разглядеть из космоса, а на Земле, во время представлений, световое шоу видно за 32 км.
Теперь идеи искусства получили новое воплощение – соединив в себе задумки архитекторов, художников и специалистов высокотехнических областей. Новым веянием стала фееричная игра цвета, искусство освещения, сочетание музыки, света, динамики. Прогресс не стоит на месте, кто знает, какими станут фонтаны уже к середине этого столетия…
Принцип действия
Со временем менялись эпохи и стили, а с ними и фонтаны, как их отражение. Но принцип работы фонтанов практически одинаков. Они работают по принципу сообщающихся сосудов [Приложение 1]. С начала 17 века фонтаны стали приводить в действие с помощью механических насосов, которые постепенно заменили паровые установки, а затем и электрические насосы.
Считается, что фонтаны обязаны своим существованием знаменитому греческому механику Герону Александрийскому, жившему в I - II веке н.э. Именно Герон прямо указал на то, что расход, или норма распределяемой воды зависит от ее уровня в водохранилище, от поперечного сечения канала и скорости воды в нем. Придуманный Героном прибор служит одним из образцов знаний в древности (за 20 лет до Р.Х.) в области гидростатики и аэродинамики.
Виды фонтанов
Фонтаны бывают искусственные и естественные. К естественным относятся гейзеры, родники и артезианские воды.
Горячая вода с паром, бьющая фонтаном из отверстия в земле, называется гейзером. Такие фонтаны бьют из-под земли на острове Исландия, в Йеллоустонском парке в США, на Северном острове Новой Зеландии и на Камчатке. "Гейзер" в переводе с исландского означает "хлынуть".
Гейзеры всегда расположены там, где находятся вулканы. Раскаленная магма поднимается к поверхности Земли и сильно нагревает породу, в которой содержатся грунтовые воды. Вода скапливается в мелких и крупных трещинах, не находя выхода нагревается и наконец закипает. При этом образуется много пара, который находится под большим давлением и пробивается наверх, в горловину образованного ранее гейзера. Происходит сильное извержение сначала пара, а потом и воды, и длится оно до тех пор, пока подземное "водохранилище" не опустеет. Следующий выброс произойдет только тогда, когда под землей снова накопятся и нагреются до кипения грунтовые воды.
Родник, источник, ключ - естественный выход подземных вод на земную поверхность. Человеку нравились бьющие небольшими струями родники. Со временем зодчие и архитекторы стали обрамлять родники декоративным камнем. Мастера проявляли чудеса изобретательности, украшая родники.
Артезианские воды - напорные подземные воды, заключенные в водоносных пластах горных пород между водоупорными слоями. Обычно встречаются во впадинах, образуя артезианские бассейны. При вскрытии буровой скважины артезианские воды поднимаются выше водоносного пласта, иногда фонтанируют.
Ознакомимся теперь с искусственными фонтанами. Люди издавна не только наслаждались водопадами и ручьями, реками и морями, но и создавали искусственные водоемы и фонтаны, чтобы любоваться ими. Вода настолько благотворно влияет на нервную систему человека, что в некоторых клиниках в качестве одного из методов лечения депрессивных расстройств используют созерцание струящихся потоков воды.
Уличные, площадные фонтаны. Одним из любимейших гидротехнических сооружений человечества всегда были фонтаны. Фонтаны придумали в жарких странах – с целью чисто практической: в летний зной струи воды, бьющие вверх, несут спасительную прохладу. Они не утратили своей популярности и до сегодняшнего дня.
Ландшафтные фонтаны. Фонтан на участке около дома обычно становится очень привлекательным местом для его обитателей. Красивый фонтан - это лучшее лекарство от стрессов и суеты повседневной жизни. Слушая умиротворяющие звуки льющейся воды, созерцая её плавные потоки, человек получает возможность забыть о повседневных проблемах и хлопотах, отвлечься от беспокойств и переживаний, которыми наполнена жизнь в современном городе. Фонтан становится оазисом покоя и радости, местом для отдыха и самосозерцания.
Цветомузыкальные фонтаны – это сложные комплексы с применением автоматики. Высота и форма струй, цветовое оформление задаются с помощью программного обеспечения.
Интерьерные, комнатные фонтаны . Размещение фонтана в своем жилище становится центром интерьера жилого помещения, красивый фонтан обычно превращается в любимое место для отдыха всей семьи. Ведь нет ничего более умиротворяющего, чем спокойное созерцание льющейся воды.
Особенно важным является создание правильного эффекта для водного сооружения. Виды струй фонтана:
Ярусный;
Струящийся;
Пузырящийся;
Колокольчик;
Колонна;
Гейзер.
Фонтаны бывают: водомётные, каскадные, механические, фонтаны-шутихи (например, в Петергофе), разной высоты, формы и у каждого есть свое название. Раньше все фонтаны были прямоточные, то есть работали напрямую от водопровода, сейчас применяется «оборотное» водоснабжение с использованием мощных насосов.
Фонтаны г. Подольска
Поющий фонтан в Подольске. Фонтан серии "Торнадо" с примененными впервые в России прожекторами на основе RGB светодиодов. Создает неповторимую водно-световую музыкальную феерию.
Фонтан в парке им. Талалихина
Подольск, ул. Рабочая
Скульптурная композиция в сочетании с фонтаном «Первый бал Наташи Ростовой». Был открыт 5 октября 2014 года в День города Подольска. Вращающаяся танцующая пара – Наташа Ростова и Андрей Болконский, с фонтаном производит фантастическое впечатление.
Подольск, бульвар Льва Толстого
Фонтан на территории усадебного ансамбля с церковью Знамения Пресвятой Богородицы в Дубровицах.
Фонтан на площади Ленина. Открыт летом 2004 года к 223 -летию города. Реконструирован в 2006 г.
Экспериментальная часть работы
Исследование и выявление проблемы
Сделать фонтан - это проблема, или задача, которую необходимо решить. Естественно, проблемы по разработке возникли сразу. Первый вопрос, который я себе задала - как это сделать, из какого материала и с помощью каких инструментов? Как украсить фонтан декоративно.
Гипотеза:
Попробовать для изготовления фонтана использовать то, что в сообщающихся сосудах однородная жидкость находится на одном уровне.
Усовершенствовать фонтан с помощью мини водяного насоса (помпы).
Результаты работы: я рассмотрела различные типы фонтанов. В моих силах построить комнатный фонтан. Из предложенных принципов работы фонтанов, я построила фонтан с использованием мини водяного моторчика. Для этого мне понадобился небольшой моторчик (в моем случае это расширительный насос для бочка стеклоомывателя в автомобиле), трубка из системы для капельницы, емкость-основа для фонтана, три ёмкости для придания формы фонтану, блок питания. А для визуального эффекта и красоты я украсила его декоративными элементами. [Приложение 2, 3]
Заключение
Мне очень понравилось работать над фонтаном. Он получился довольно красивым. Но самое главное - удовольствие от работы. Это была очень большая и сложная практическая работа, и конечно, были вещи, которые у меня не получались, или получились, но не так, как я хотела. Я узнала много нового о фонтанах и об их истории. В результате я осталась довольна проделанной работой. Принцип сообщающихся сосудов мной использован на практике.
Выводы:
1.Почти во всех фонтанах используются сообщающиеся сосуды.
2. В сообщающихся сосудах однородная жидкость стремится оказаться на одном уровне.
3. Фонтан бьет за счет разности высот воды в сообщающихся сосудах.
Список использованной литературы:
С.И.Ожегов. Словарь русского языка/Под ред. Н.Ю.Шведовой. - М.:Русский язык,1981.-760 с.
Алекс Купер. Интерьер уютного сада/3-е издание. -Ростов-на-Дону: Феникс, 2006. -267с.
http://www.youtube.com/watch?v=04dJLUm4ZZ4
Приложения:
Приложение 1
Приложение 2
Этапы создания фонтана
Приложение 3
Готовый фонтан
Герона. Это водяное устройство было известно еще 2000 лет тому назад. Тем не менее в наши дни мало кто задумывается о том, как оно работает. Ведь сейчас в продаже имеется много домашних фонтанчиков самого разного вида. Но особенность этого фонтана в том, что он работает безо всякого двигателя, и его можно сделать своими руками.
Не надо покупать
Любители самоделок будут рады узнать, что это устройство можно смастерить быстро и просто. Как сделать фонтан Герона? Для начала надо подготовить материалы и разобраться в принципе его работы. Простой фонтан Герона своими руками сделать совсем несложно. Да и состоит он всего из двух емкостей для воды, трубок и чаши. Все эти предметы соединяются между собой и, благодаря существующей на Земле гравитации, происходит выталкивание струи воды над поверхностью чаши. Также действует фонтан Герона в полном соответствии с законами гидропневматики.
Детали
Каждая емкость фонтана служит для определенной цели. Фонтан Герона начинается с чаши. Она представляет собой миску, наполненную водой, из которой отходит тонкая трубка, направленная в нижнюю емкость. Именно по ней вода начинает свое движение. Эта емкость пуста. В ней накапливается вода, которая, поднимаясь вверх, создает давление воздуха, поднимающегося по тонкой трубке, и попадает в верхнюю емкость, наполненную водой. Отсюда воздух выталкивает воду, которая движется по трубке в чашу с водой и создает струю, что видна над поверхностью жидкости. Фонтан Герона может работать очень долго, но емкости приходится менять местами. Потому что нижняя постепенно наполняется водой, а верхняя - воздухом, а значит, перестает создаваться нужное давление.
В чем секрет
Возможно, вы удивитесь, прочитав сейчас о том, как можно сделать фонтан своими руками. Ведь в этой модели используется пластмасса, а 200 лет назад ее еще не изобрели. Все просто. Греческий изобретатель использовал стеклянные емкости. Для начала он провел эксперимент. Налил воду в стеклянную бутылку, затем заткнул ее пробкой, в которой проделал отверстие. В это отверстие он вставил трубку, доходящую до дна бутылки. Поставив эту конструкцию на солнце, Герон принялся наблюдать за ней. Солнце начало нагревать бутылку, и вода устремилась по трубочке вверх. Причем, чем сильнее грело солнце, тем больше вытекало воды. Тогда Герон взял увеличительное стекло и направил его на бутылку, чтобы усилить действие солнечных лучей. Нагретая вода высокой струей вырвалась по трубке из бутылки. Это натолкнуло Герона на мысль о том, что вода может двигаться по кругу, поднимаясь из бутылки и возвращаясь в нее. Тогда он стал думать над тем, как сделать так, чтобы вода самостоятельно возвращалась обратно в емкость.
Что дальше
Изобретатель придумал поместить внутрь одного сосуда еще два. Третий сосуд был пустым, а второй - наполненным водой. Вода поступает в третий сосуд, создавая давление воздуха, от которого она поднимается вверх по трубке, расположенной в середине третьего сосуда. Из второго сосуда вода начинает движение в третий, расширяясь при нагревании солнечными лучами. В итоге зрители видят бьющую струю фонтана над поверхностью чаши. Первый свой фонтан Герон разместил в храме. В то время это было похоже на чудо, потому что никто не мог объяснить, как работает этот фонтан, ведь не было видно ни механических устройств, ни труб, с помощью которых могла бы закачиваться вода.
В наши дни
Изобретение Герона до сих пор интересно нашим современникам. Особенно оно удивляет детей, которые еще не знакомы с законами физики. Современные изобретатели постепенно совершенствуют проект Герона. Добавляют к нему что-то новое, улучшают его свойства и, конечно же, придумывают что-то свое. Например, можно увеличить высоту струи, если соединить между собой несколько емкостей, тогда давление суммируется и выталкивает струю воды на дальнее расстояние. Еще придумывают различные способы перезарядки фонтана. Хорошо бы было сделать так, чтобы человеку не пришлось принимать участие в этом процессе.
В наше время даже школьник может смастерить Геронов его - вы прочитали в нашей статье. Можно декорировать это изобретение и установить у себя на даче или в квартире, удивляя гостей.
Районная открытая научная конференция школьников
Секция: физика
Название работы: Создание и изучение модели фонтана Герона
2017
I. Введение 3
II. Основная часть
2.1. История и назначение фонтанов 4
2.2. Фонтан Герона 4
2.3. Создание модели фонтана, проведение и результаты экспериментов 5
III. Заключение. Выводы 7
IV. Библиографический список 9
I. ВВЕДЕНИЕ
Говорят, есть три вещи, на которые можно смотреть бесконечно – огонь, вода и звезды. Воздух у водоема всегда чист, свеж и прохладен. Наверное, каждый замечал, насколько легче дышать возле воды, как исчезают усталость и раздражение, как бодрит и одновременно умиротворяет нахождение вблизи моря, речки, озера или пруда. Да и не зря говорят, что вода – «очищает», «омывает», не только тело, но и душу.
Актуальность темы
Конечно же, мы не всегда можем позволить себе отправиться на берег ручья или горного водопада. К сожалению, в нашем селе нет ни одного действующего фонтана! Ни в одной здании, будь то офис, кинотеатр или дворец культуры, я не встречала даже маленьких декоративных фонтанов.
Но можно самому изготовить «комнатный фонтан», который улучшит микроклимат в доме, подарит нам радость, ощущение уюта и комфорта. Движущаяся вода, которая тихонько плещется или брызжет вверх, окажет успокаивающее воздействие на слух, зрение и психику.
Основная цель данного проекта: собрать модель фонтана и выяснить, от каких физических параметров зависит высота струи в нем.
Поставленная цель предусматривает решение следующих задач:
- Подобрать, изучить и обработать различные источники информации по данному вопросу.
- Познакомиться с историей и назначением фонтанов.
- Изучить принцип действия фонтана Герона.
- Организовать и провести эксперименты, в ходе которых установить зависимость высоты струи фонтана от различных параметров.
- Сделать необходимые выводы.
Гипотеза: Я предполагаю, что изучив устройство и принцип работы фонтана Герона, я смогу собрать модель фонтана.
Объект исследования: фонтан Герона.
Методы исследования: теоретический, экспериментальный, практический, анализ, обобщение.
Практическая значимость: собрав и изучив модель фонтана, в дальнейшем на основе предложенной идеи с использованием дополнительных средств можно будет изготовить фонтан на дачном участке или в загородном доме. Зона отдыха есть в любой квартире, и, конечно же, её украшением может стать фонтан. Такой фонтан может также украсить холл школы, офиса или больницы.
Фонтаны необходимы человеку, т.к. они:
Экономичные увлажнители воздуха, благоприятно влияют на здоровье, особенно при заболеваниях дыхательной системы, благотворно воздействуют на психику человека, уменьшается накопление статистического электричества в ковровых покрытиях, связанного с излучением компьютеров.
II. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
2.1 История и назначение фонтанов
Фонтан - природное или искусственно вызванное явление, заключающееся в истечении жидкости (обычно воды), под действием оказываемого на неё давления, вверх или в сторону. Или можно так же сказать фонтан - устройство, в котором вода бьет из источника, попадает в чашу какого-либо вида и, как правило, используется вновь. Фонтан – латинского слова «Fons» , что означает источник, родник, начало, первопричина.
Уже в древности люди задумывались о том, как создать искусственные водоемы, особенно интересовала их загадка бегущей воды.
Первые фонтаны (VI в до н.э.) возникли в Древнем Египте и Месопотамии, о чем свидетельствуют изображения на древних надгробиях. Изначально они использовались не столько для красоты, сколько для полива выращиваемых культур и декоративных растений. Египтяне сооружали фонтаны во фруктовых садах возле дома. Первые фонтаны имели очень простое устройство и совсем не были похожи на пышные фонтаны современности. В Риме фонтаны сооружались как источники питьевой воды и для того, чтобы освежить воздух в жару. Римляне значительно усовершенствовали устройство фонтанов. Для фонтанов они делали трубы из обожженной глины или свинца. В эпоху расцвета Рима, фонтан стал обязательным атрибутом всех богатых домов. Струи воды били изо рта красивых рыб или экзотических животных.
Фонтаны современного мира представляют собой настоящие шедевры инженерной и конструкторской мысли: это самые разнообразные сооружения, привлекающие туристов красотой и величием, высотой и впечатляющим декором.
2.2 Фонтан Герона
С античных времён сохранились работы греческого механика Герона Александрийского, жившего в I – II в. н. Одним из устройств, описанное учёным, был волшебный фонтан Герона. Главное чудо этого фонтана заключалась в том, что вода из фонтана била сама, без использования какого-либо внешнего источника воды.
Геронов фонтан состоит из открытой чаши и двух герметичных сосудов расположенных под чашей. Каждая емкость фонтана служит для определенной цели. Фонтан Герона начинается с чаши. Она представляет собой миску, наполненную водой. Из верхней чаши в нижнюю ёмкость идёт полностью герметичная трубка. Именно по ней вода начинает свое движение. С верхней чаши вода по трубке начинает стекать в нижнюю ёмкость, вытесняя оттуда воздух. Поскольку сама нижняя ёмкость полностью герметична, то воздух выталкиваемой водой по герметичной трубке передаёт воздушное давление в среднюю чашу. Давление воздуха в средней ёмкости выталкивает воду, и фонтан начинает работать.
Фонтан Герона может работать очень долго, но емкости приходится менять местами. Потому что нижняя постепенно наполняется водой, а верхняя - воздухом, а значит, перестает создаваться нужное давление.
2.3 Создание модели фонтана, проведение и результаты экспериментов
Изучив теорию, мне предстояло собрать модель фонтана Герона. Для этого я использовала 2 капельницы, 2 пластиковые бутылки (емкостью 1, 5 литра), пластиковую чашу из-под торта, наконечник от ручки, пластилин для создания герметичности установки и краски, чтобы подкрасить воду.
Зависимость высоты струи от уровня воды в среднем сосуде
(диаметр отверстия наконечника одинаковый во всех опытах)
№ опыта | Высота уровня воды в среднем сосуде | Высота струи фонтана |
25 см | 8 см |
|
20 см | 6 см |
|
11 см | 4 см |
Вывод: чем выше уровень воды в сосуде (резервуаре с водой), тем выше бьёт струя фонтана.
Зависимость высоты струи фонтана от диаметра отверстия наконечника
(высота воды в сосуде одинаковая во всех опытах)
№ опыта | Без наконечника | Наконечник от ручки |
8 см | 20 см |
|
4 см | 12 см |
Вывод: чем меньше диаметр выходного отверстия трубочки, тем выше бьёт струя фонтана.
Для работы такого фонтана не требуется никаких затрат! Он не потребляет электроэнергию и работает без насоса. Но время работы моей модели фонтана составило всего 7 минут. За это время нижний сосуд (пластиковая бутылка) заполнился водой, а верхний сосуд стал почти пустым. Для длительной работы такого фонтана приходится менять местами сосуды (пластиковые бутылки) и переставлять наконечник от ручки в чаше с водой.
III. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. ВЫВОДЫ
В результате проведенной работы я узнала, как образуется фонтан Герона. Основа его работы содержит принцип действия сообщающихся сосудов, а подъём воды происходит за счёт разности высоты воды в сообщающихся сосудах. Я изготовила модель фонтана Герона и провела несколько экспериментов по изучению свойств фонтана. Исследовав, от чего зависит высота струи фонтана, я пришла к выводу:
струя фонтана будет выше, если
- выше уровень воды в водяном хранилище (резервуаре с водой),
- меньше диаметр выходного отверстия трубочки,
Фонтан прост в исполнении и доступен, хотя приходилось бороться с некоторыми трудностями при создании герметичности сосудов. Имея незаурядные подручные материалы, можно без труда создать этот маленький «шедевр» и (не без помощи фантазии, разумеется) превратить его в настоящее произведение искусства. Он хорош как в доме, так и на улице. Ведь он работает без электричества. Удобен он и в роли наглядного представления некоторых физических законов, ведь, как говорится, лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать. Работает он совершенно бесшумно и не отвлекает. Фонтан Герона может быть актуален и в наши дни, хотя и был придуман две тысячи лет назад. Это не просто наглядное представление некоторых физических законов, это, при желании, декоративное и полезное украшение интерьера, «изюминка» вашего дома или участка.
Моя гипотеза, о том, что изучив теорию об устройстве и принципе работы фонтана Герона, я смогу собрать модель фонтана - подтвердилась.
Из литературы я узнала, что фонтаны оказывают положительное воздействие практически на все органы чувств человека. Учёным удалось научно объяснить факт, почему, находясь рядом с фонтаном, человек испытывает положительные эмоции, а нередко настоящий восторг. Это брызги от фонтана привносят в воздух отрицательные ионы, благотворно влияющие на наш организм. Медики называют их витаминами здоровья. Фонтаны радуют нас прохладой, игрой своих хрустальных струй, блеском солнца в каждой капле воды, журчанием и плеском, ощущением свежести и чистоты. Этим, фонтаны благотворно влияют на душевный настрой человека, обеспечивая психологическое здоровье людей. Фонтаны, наконец, снижают количество содержащейся в воздухе пыли, повышают влажность и ионизацию воздуха, поддерживая микроклимат близлежащих территорий, предотвращая возникновения целого ряда заболеваний органов дыхания.
Я сделала вывод, что фонтаны являются важной частью мер по созданию комфортной, экологически безопасной среды обитания человека, поэтому очень хочется, чтобы и в нашем селе тоже были действующие фонтаны, которые не только дадут эстетическое наслаждение, но и благоприятно будут влиять на здоровье и самочувствие жителей и гостей нашего района!
IV. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
- http://www.mirfontanov.ru/fountain_history.html - история создания фонтанов
Сколько интересного вокруг нас.
Во все времена люди украшали своё жилище цветами. И у нас в доме очень много цветов, которые расставлены по подоконникам, полкам и даже стоят на полу. Они требуют много внимания: поливка, опрыскивание. Одни требуют много воды, другие – мало. Однажды я заметила, что земля в цветах очень быстро высыхает. Мама сказала, что очевидно в доме довольно сухой воздух. Я задумалась, можно ли увлажнить воздух в доме и тем самым помочь растениям?
Способы увлажнения воздуха в квартире.
Существует множество способов и устройств увлажнения воздуха. Бытовые приборы, повышающие влажность воздух в доме красивы и эффективны, но очень дорогостоящие. Есть народные методы увлажнения воздуха в помещении. Большая их часть сводится к тому, что вода должна испаряться естественным путём. Это могут быть открытые ёмкости с водой или влажная ткань. Однако, чтобы такой способ увлажнения принёс заметный результат, нужно регулярно смачивать ткань и подливать воду в ёмкости. Количество испаряемой жидкости будет небольшим, а значит необходимо развесить не один кусок ткани и поставит не одну ёмкость с водой. Стоит ли превращать комнату в выставку сосудов с водой и мокрых кусков тканей? Я предлагаю использовать для увлажнения воздуха макет фонтана Герона.
Фонтан Герона.
Ещё древние греки обратили внимание на чудо природы – родники. Они украшали родники зеленью и цветами, обкладывали камнями. Вода лилась струйкой, и было удобно наполнять ею посуду. В древнем Риме стали сооружать искусственные родники. Так появились первые фонтаны.
Древнегреческий механик Герон Александрийский создал самый остроумный по конструкции фонтан. Он состоит из трёх сосудов: верхнего, открытого А и двух шарообразных Б и В, герметически замкнутых. Сосуды соединены тремя трубками.
Когда в А есть немного воды, шар Б наполнен водой, а шар В – воздухом, фонтан начинает действовать: вода переливается по трубке из А в В, вытесняя оттуда воздух в шар Б; под давлением поступающего воздуха вода из Б устремится по трубке вверх и бьёт фонтаном над сосудом А. Когда шар Б опорожнится, фонтан перестаёт действовать.
Сборка и испытание макета фонтана Герона.
Упрощённую конструкцию фонтана Герона я попробовала создать в домашних условиях. Вместо шаров я взяла две пластиковые бутылки сосуды Б и В, из под газированной воды ёмкостью 1 литр, с двумя отверстиями в крышке и дне. Плоский сосуд А изготовила из нижней части пластиковой бутылки большей ёмкости. Вместо стеклянных трубок взяла капроновые от медицинской системы переливания растворов. Сосуд А с помощью трубки соединила с сосудом В, а сосуд В также с помощью трубки соединили с сосудом Б. Сосуд Б соединили с сосудом А, в котором сделала специальное устройство для получения струи. Все три сосуда поставила на разных уровнях друг над другом. Сосуд В заполнен воздухом, в сосуд Б залила воду, а в сосуд А налила воды до уровня нахождения устройства для образования струи. Вода переливается по трубке из А в В, вытесняя оттуда воздух в сосуд Б; под давлением поступающего воздуха вода из Б движется по трубке вверх и образуется струя фонтана. Когда вся вода из сосуда Б перельется в сосуд В фонтан перестает действовать.
Мой фонтан принесёт пользу домашним растениям.
Разместив конструкцию фонтана рядом с цветами, мы существенно улучшаем микроклимат, а цветы отвечают обильным цветением. Для увеличения эффективности работы фонтана можно использовать бутылки большей ёмкости и увеличить высоту струи. Когда сосуд В ниже сосуда Б на 35 см струя воды в сосуде А уменьшилась. Измерили струю линейкой – получилось 5 см. Попробовали все три сосуда поставить на одном уровне, тогда вода из сосуда Б перестала поступать в сосуд А, и струи не было.
А когда сосуд В опустили ниже сосуда Б на 60 см, образуется хорошая струя воды.
Расчёт экономических затрат на построение макета фонтана.
Данная конструкция фонтана материальных затрат не требует.
Для изготовления своего фонтана я применила использованные пластиковые бутылки и систему для переливания растворов:
1. бутылки газированного напитка емкостью 1 литр.– 3 штуки;
2. медицинская система для переливания растворов – 1 комплект.
Я не учитывала затраты на оплату труда, так как выполняла изделие не на продажу, а в подарок маме. Для мамы моя работа, я думаю, будет бесценна, а для меня счастье и гордость за то, что этот макет будет радовать глаз наших гостей и приносить пользу. Я буду очень гордиться, когда мама будет рассказывать о том, что этот макет действующего фонтана изготовила я.
Выводы и самооценка.
Фонтан можно построить в домашних условиях из подручных средств.
Для того чтобы бил фонтан нужно давление, а чтобы оно появилось должен быть перепад уровней воды.
Макет фонтана, выполненный мной, получился. Но работать было нелегко. Трудно было разработать и изготовить сам макет: проделать отверстия в бутылках и добиться хорошей струи воды. Работа над проектом заняла у меня немало времени, но я очень довольна своим результатом. И уверена, что те знания, умения и навыки, которые я приобрела, пригодятся мне в дальнейшем.
Я считаю, что с задачей, которую поставила перед собой, справилась.
Хоть трудна была задача, но пришла ко мне удача!
На вопросы отвечала, значит, много я читала.
Со спокойною душой отправляю вам доклад свой.
Список литературы
1. Большая советская энциклопедия.–М., 1977.–т. 27
2. Техника: Энциклопедия/ Оформл. Серии Л. Яковлева.– М.: ООО “РОСМЭН–ИЗДАТ”, 2000.–399с.–(Детская энциклопедия).
3. Я. И Перельман “Занимательная физика” книга 2, ТРИАДА–ЛИТЕРА Москва, 1994 год.– 117с.
Чупрова Полина Петровна,
ученица 7 класса.
Руководитель:
Чупрова Наталья Александровна,
учитель физики.
МОУ Восяховская средняя общеобразовательная школа
с. Восяхово
