I Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ФОНТАНОВ. ПРОСТЕЙШАЯ МОДЕЛЬ ФОНТАНА

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Демчук Г.Н. 1

---

1

Калашникова Е.Н. 1

---

1

Работа в формате PDF

287.5 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение………………………………………………………………………..3

I. Теоретическая часть

1. История создания фонтанов………………………..………………………4

2. Силы давления жидкости……………………………………………….....4

3. Давление…………………………………………………………………….5

3.1 Принцип действия сообщающихся сосудов……………………………6

3.2 Техническое устройство фонтанов………………………………….......8

II. Практическая часть

1. Модель фонтана………………………………………………………….9

2. Действие различных моделей фонтанов:

2.1 Воздушный таран……………………………….…………………..11

2.2 Фонтан при нагревании воздуха в колбе………………………….11

2.3Фонтан в пустоте…………………………………………………….11

2.4 Уксусный фонтан……………………………………..…………….12

2.5 Фонтан в банке………………………………………………………12

2.6 Механический фонтан……………………………………………...13

III. Заключение………………..…………………………………………………13

IV. Приложение:

1.Фонтаны города Иркутска….……..………….………………..…………. 14

2. Это любопытно: первый в Иркутске света - звуковой фонтан…………16

Введение

Во все времена человек селился ближе к воде. Ведь вода - это жизнь! Поэтому фонтаны во все времена признавались лучшими элементами облагораживания среды обитания человека".

Но фонтаны это не только украшение парка, но и полезное изобретение. В конструкции фонтана задействованы: закон сообщающихся сосудов и способ передачи давления жидкостями и газами. Казалось бы, не особо замысловатое изобретение - фонтан, а, сколько сложного и интересного!

И у меня возникли вопросы: а как люди создали фонтаны? Как они работают? Можно ли самой сделать фонтан?

Я решил провести исследование по теме «Фонтаны», цель которого:

1. Расширить область личных знаний по теме «Сообщающие сосуды» (в том числе исторического и политехнического характера);

2. Использовать полученные знания для выполнения творческих заданий;

Для достижения поставленной цели мне необходимо решить следующие задачи:

1. Изучить историю создания фонтанов;

2. Разобраться в устройстве и принципе действия фонтанов;

3. Познакомиться с давлением как движущей силой работы фонтанов;

4. Сделать простейшие модели действующих фонтанов.

Тема актуальна, т.к. применяем полученные знания по физике в практике.

Люди всегда трепетно относились к воде. Жизнь на земле без воды была бы просто невозможна. В большинстве религий вода считается символом очищения и новой жизни. Созерцание воды умиротворяет человека, настраивает его на философский лад и дарит положительные эмоции.

Фонтаны должны существовать.

Если мы узнаем, как делать фонтаны, то можем построить макеты для их демонстрации.

1. История создания фонтанов

Фонтан (от ит. fontana – от лат. fontis – источник) – струя жидкости или газа, выбрасываемая под давлением (словарь иностранных слов. – М.: Русский язык, 1990).

Впервые, фонтаны появились в Древней Греции и к эстетике не имели никакого отношения. Они служили источниками питьевой воды, охлаждали и увлажняли воздух, используя подводные реки, ключи и естественные перепады высот залегания воды.

В дальнейшем это дало толчок к развитию фонтанного зодчества и в Древнем Риме, поскольку обе империи тесно соприкасались в свое время. Местные мастера делали трубы из свинца, остававшегося в большом количестве после переработки серебряной руды. В последствии, за счет дешевизны технологии изготовления труб, фонтаны в Риме были повсюду.

Прекрасное действие, которое оказывает фонтан на людей, привело к повсеместному их распространению по всему миру. Ярким примером классических фонтанов служат фонтаны Версаля. Версаль, селение в 24 километрах от Парижа, был выбран королем Людовиком XIII для строительства скромного охотничьего замка, который в 1660г «Король-Солнце» Людовик XIV решил перестроить в роскошный дворцово-парковый ансамбль. Возведение Версаля продолжалось несколько десятилетий и потребовало не только невероятных денежных расходов, но и привлечения многих тысяч рабочих рук.

Семь столетий люди строили фонтаны по принципу сообщающихся сосудов. С начала 17 века фонтаны стали приводить в действие с помощью механических насосов, которые постепенно заменили паровые установки, а затем и электрические насосы.

2.Силы давления жидкости.

Повседневный опыт учит нас, что жидкости действуют с известными силами на поверхность твердых тел, соприкасающихся с ними. Эти силы мы назы­ваем силами давления жидкости.

Прикрывая пальцем, отверстие открытого водопровод­ного крана, мы ощущаем силу давления жидкости на па­лец. Боль в ушах, которую испытывает пловец, нырнувший на большую глубину, вызвана силами давления воды на ба­рабанную перепонку уха. Термометры для измерения тем­пературы в глубине моря должны быть очень прочными, чтобы давление воды не раздавило их.

Ввиду огромных сил давления на большой глубине корпус подводной лод­ки должен иметь гораздо большую прочность, чем корпус надводного корабля. Силы давления воды на днище судна поддерживают судно на поверхности, уравновешивая дей­ствующую на него силу тяжести. Силы давления действуют на дно и на стенки сосудов, наполненных жидкостью: на­лив в резиновый баллон ртуть, мы видим, что его дно и стенки выгибаются наружу.

Наконец, силы давления действуют со стороны одних частей жидкости на другие. Это значит, что если мы удалили какую-либо часть жидкости, то для сохранения равновесия оставшейся части нужно было бы приложить к образовавшейся поверхности определенные силы. Необходимые для поддержания равновесия силы равны силам давления, с которыми удаленная часть жидкости действовала на оставшуюся часть.

3. Давление

Силы давления на стенки сосуда, заключающего жидкость, или на поверхность твердого тела, погруженного в жидкость, не приложены в какой-либо определенной точке поверхности. Они распределены по всей поверхности соприкосновения твердого тела с жидкостью. Поэтому сила давления на данную поверхность зависит не только от степени сжатия соприкасающейся с ней жидкости, но и от размеров этой поверхности.

Для того чтобы охарактеризовать распределение сил давления независимо от размеров поверхности, на которую они действуют, вводят понятие давления.

Давлением на участке поверхности называют отношение силы давления, действующей на этот участок, к площади участка. Очевидно, давление численно равно силе давления, приходящейся на участок поверхности, площадь которого равна единице.

Будем обозначать давление буквой р. Если сила давления на данный участок равна F, а площадь участ­ка равна S, то давление выразится формулой

р = F/S.

Если силы давления распределены равномерно по не­которой поверхности, то давление одно и то же в каждой ее точке. Таково, например, давление на поверхности порш­ня, сжимающего жидкость.

Нередко, однако, встречаются случаи, когда силы дав­ления распределены по поверхности неравномерно. Это значит, что на одинаковые площади в разных местах поверхности действуют разные силы.

Нальем воду в сосуд, в боковой стенке которого сделаны одинаковые отверстия. Мы увидим, что нижняя струя вытекает на большее расстояние, верхняя – на меньшее. Это значит, что в нижней части сосуда давление больше, чем в верхней части.

3.1 Принцип действия сообщающихся сосудов.

Сосуды, имеющие между собой сообщение или общее дно, принято называть сообщающимися.

Возьмем ряд сосудов различной формы, соединенных в нижней части трубкой. Если наливать жидкость в один из них, жидкость перетечет по трубкам в остальные сосуды и установится во всех сосудах на одном уровне

Объяснение заключается в следующем. Давление на свобод­ных поверхностях жидкости в сосудах одно и то же; оно равно атмосферному давлению.

Таким образом, все свобод­ные поверхности принадлежат одной и той же поверхно­сти уровня и, следовательно, долж­ны находиться в одной горизон­тальной плоскости.

Если же жидкость в сообщающихся сосудах находится на разных уровнях (это можно достичь, если поставить между сообщающимися сосудами перегородку или зажим и долить жидкость в один из сосудов), то создается так называемый напор жидкости.

В жизни они встречаются довольно часто: различные кофейники, лейки, водомерные стекла на паровых котлах, шлюзы, водопровод, коленом согнутая труба – всё это примеры сообщающихся сосудов.

Принцип действия сообщающихся сосудов лежит в основе работы фонтанов.

3.2Техническое устройство фонтанов

Сегодня мало кто задумывается, как функционируют фонтаны. Мы настолько привыкли к ним, что, проходя мимо, лишь окидываем небрежно взглядом.

И действительно, что здесь особенного? Серебристые струи воды, под напором, взмывают в высь и рассыпаются на тысячи хрустальных брызг. Но на самом деле все не так уж просто. Фонтаны бывают водометные, каскадные, механические, фонтаны- шутихи (например, в Петергофе), разной высоты, формы и у каждого есть свое название.

Раньше все фонтаны были прямоточными, то есть работали напрямую от водопровода, сейчас применяется «оборотное» водоснабжение, с использованием мощных насосов. Струятся фонтаны тоже по-разному: динамическими струями (могут менять высоту) и статическими струями (струя на одном уровне).

В основном фонтаны сохраняют свой исторический облик, только "начинка" у них современная. Хотя, конечно же, строили их раньше тоже на славу, один из таких примеров - фонтан в Александровском саду.

Ему уже 120 лет, но часть труб сохранилась в хорошем состоянии.

II. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1. Модель фонтана - изготовление фонтана

Используя свойства сообщающихся сосудов, можно построить модель фонтана.

Рис. 7. Модель фонтана.

Для этого необходимы резервуар с водой, например широкая банка 1, резиновая или стеклянная трубка 2, бассейн из низкой жестяной банки 3.

Чем выше поднят резервуар и тоньше выходное отверстие, тем выше будет бить струя воды. Поэтому для фонтана лучше использовать пипетку, сняв с нее резинку.

2. Уксусный фонтан

Колбу на ¾ заполнить столовым уксусом, бросить в него несколько кусочков мела, быстро закупорить пробкой с вставленной в нее стеклянной трубкой. Из трубки забьет фонтан.

3. Фонтан Coca-Cola ( был изобретен мной)

Так как уксус имеет специфический запах, то мы его заменили на Coca-Cola и ментос. Результат будет еще более наглядным. (личное изобретение)

Колбу на ¾ заполнить Coca-Cola, бросить в него несколько таблеточек ментоса, быстро закупорить пробкой с вставленной в нее стеклянной трубкой. Из трубки забьет фонтан.

Современный город нельзя представить без фонтана.

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.

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.

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.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Целью моей работы было расширение области личных знаний по теме «Сообщающие сосуды» (в том числе исторического и политехнического характера); использование полученных знаний для выполнения творческого задания; подбор задач по теме «Давление в жидкостях и газах. Сообщающие сосуды».

В ходе работы я ответил на вопрос: что является движущей силой работы фонтанов и, используя полученные знания, смог создать различные действующие модели фонтанов.

Выполнение работы включило в себя следующие элементы:

• Изучение специальной литературы по теме исследования;

• Уточнение задач опыта;

• Подготовка необходимого оборудования и материалов;

• Подготовка объекта исследования;

• Анализ полученных результатов;

• Выяснение значения полученных результатов для практики;

• Выяснение возможных путей применения полученных результатов на практике.

Данная работа является одним из средств развития интереса к изучению физики, воспитания у школьников интереса к массовым профессиям. Полученный материал может быть использован при проведении уроков физики, истории.

Теоретическая подготовка к опыту и анализ полученных результатов потребовали от меня комплекса знаний по физике, математике, техническому конструированию. Это сыграло большую роль в повышении моей образовательной подготовки.

1. Бурмин Г. Штурм абсолютного нуля /Москва, «Детская литература», 1989г.

2. Кабардин О.Ф., Кабардина С.И., Шеффер Н.И. Факультативный курс физики /Москва, «Просвещение», 1982г.

3. http://ru.wikipedia.org/ - всемирная энциклопедия, гейзеры, родники, артезианские колодцы

4. http://www.1000fontan.ru/catalog-fontan/shema/work/ сайт о фонтанах

5. http://oldpiter.narod.ru/ARHIV/peterg.htm - фонтаны Петергофа

6. http://www.fontan.net - сайт о фонтанах