XIX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Фонтан Герона

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Тукмачев А.М. 1

---

1МБОУ гимназия №1 г.Задонска

Дорофеева М.А. 1

---

1МБОУ гимназия №1 г.Задонска

Работа в формате PDF

178.8 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

ВВЕДЕНИЕ

Фонтан напоминает фейерверк -
Он искрами воды взмывает вверх.

А фейерверки радуют меня,
Стекая с неба брызгами огня.

(Надежда Радченко)

Город Задонск, в котором я живу, небольшой, но красивый и уютный. Здесь много православных достопримечательностей, музеев и парков. Но недавно появилось еще одна достопримечательность на главной площади нашего города - это уличный фонтан. Он необычный: большой, музыкальный, с яркой подсветкой. Летом здесь собирается много народа, чтобы полюбоваться им, отдохнуть, сидя на лавочках в тени деревьев, а зимой фонтан отключают, но декорируют, подсвечивают, отчего он не перестает быть местом притяжения множества людей.

В очередной раз, наблюдая за тем, как ввысь поднимаются струи воды, я задумался о принципе работы фонтана. При изучении литературы по данной теме меня заинтересовал рассказ об удивительных творениях античного изобретателя Герона Александрийского. Одно из них – красивая чудо-чаша в храме, из которой бил фонтан на значительную высоту без внешнего воздействия и какого-либо двигателя.

Полученные сведения натолкнули меня на мысль о создании комнатного фонтана. К тому же появился вопрос о возможности изменения высоты струи в нем.

Актуальность: во все времена одним из важных параметров жизни людей было здоровье, а данные современных ученых говорят, что увлажнение воздуха в помещении с помощью декоративных фонтанов благоприятно влияет на здоровье, особенно при заболеваниях дыхательной системы, благотворно воздействует на психику человека, уменьшает статическое электричество.

Цель проекта: собрать модель фонтана и выяснить, от каких физических параметров зависит высота струи в нем, меняется ли микроклимат в комнате при работе фонтана.

Предмет проекта:  фонтан Герона.

Задачи проекта:

1. Подобрать, изучить и обработать различные источники информации по данному вопросу;

2. Познакомиться с историей фонтана;

3. Изучить устройство и принцип действия фонтана Герона;

4. Изучить факторы, которые влияют на работу фонтана;

5. Применение фонтана Герона в жизни;

6. На основе полученных знаний изготовить свой фонтан Герона;

7. Установить зависимость высоты струи фонтана от физических параметров.

8. Проанализировать полученные результаты и сделать выводы

В процессе работы использовались следующие методы исследования: теоретический и практический, анализ, обобщение.

Продукт проекта: декоративный фонтан.

Гипотеза: знания и умения ученика 7 класса достаточны для изготовления действующей модели фонтана.

Практическаязначимостьпроектазаключаетсяв улучшении условий микроклимата дома ииспользованииполученных результатов на факультативных занятиях по физике.

2. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

1. 1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯЧАСТЬ

      1. Чтотакоефонтан?

Фонтан(отлат.Fontanaвзначении«источник»,«родник»,«ключ»)—природное или искусственно созданное явление, заключающееся в истечениижидкости (обычно воды), под действием оказываемого на неё давления, вверхиливсторону.[3]

1. 1. 2. Историяпроисхождения фонтана

ПервыефонтанывозникливДревнемЕгиптеиМесопотамии,очемсвидетельствуютизображениянадревнихнадгробиях.Изначальноонииспользовалидля поливавыращиваемыхкультури декоративных растений.Египтянесооружалифонтанывофруктовыхсадахвозледома,гдеониустанавливались посреди прямоугольного пруда. На протяжении долгих веков(до конца 19 века) фонтан сохранял практическое, утилитарное значение какосновной источник водоснабжения, хотя со временем и приобретал отдельныеэстетическиечерты–отукрашенийизгрубыхскульптурныхформдонастоящих произведений искусств во времена Древней Греции, Древнего Римаиболеепозднихцивилизаций.Донашихжеднейфонтандошёлужекакэлементчистодекоративногооформленияпространства.[3]

1. 1. 3. Ф онтанГерона

Герон Принцип работы фонтана

Две тысячи лет назад Герон открыл эру механизации, создавая машины, которые до сих пор потрясают наше с вами воображение. Герон жил в Александрии в те времена, когда этот город был самым многонациональным в мире. Это прекрасное место, где когда-то жила неотразимая царица Клеопатра, сосредоточило в своих недрах все знания классического мира. Великие умы приезжали сюда ради торговли самым ценным из богатств — ни золотом, ни рабами, ни серебром, a знаниями. Два тысячелетия назад это был центр мировой науки. Банком этих знаний была великая библиотека. Здесь были собраны труды греков, египтян и других народов. Свитки были заполнены баснями, стихами, трудами математиков и философов. Именно там хранились все изобретения Герона. Ни одна из его машин не сохранилась до наших дней, и мы почти ничего не знаем o самом изобретателе, но имеем представления о его чудесных творениях, ведь описания этих машин дошли до нас в виде копий тех свитков, что писал Герон. Среди его изобретений есть такие, которые предназначаются для дома, a другие использовались как развлечение на званых обедах, некоторые производили спецэффекты в театре (звенели, жужжали, свистели, создавали звуки животных и так далее).[7]

Список изобретений Герона:

• Автоматические двери

• Торговый автомат

• Переносной насос для тушения пожаров

• Превращение воды в вино

• Фонтан Герона

• Музыкальная шкатулка предсказаний

• Геркулес и дракон

• Полиболос

• Автоматический ручной арбалет Герона

• Автоматические передвижные декорации Герона

• Автоматический театр Герона

• Диоптра Герона (теодолит)

• Одометр Герона(для измерения расстояний)

• Паровой бойлер Герона

• Паровая реактивная турбина Герона

• Теоретические достижения Герона [7]

Одно из них — красивая чудо-чаша в храме, из которой бил фонтан. Нигде не было видно никаких подводящих труб, а внутри — механизмов. Удивительное творение античного изобретателя Герона Александрийского — «вечный» фонтан.[1]

1. 1. 4. Устройство фонтана и принцип действия фонтана Герона

Фонтан Герона  — прибор, придуманный в I веке н. э. древнегреческим учёным Героном Александрийским.

Прибор состоит из трёх сосудов, помещённых прямо один над другим и сообщающихся между собой: два нижних закрытые, а верхний имеет форму открытой чаши. Средний сосуд практически полностью заполнен водой, также вода наливается в верхнюю чашу. Вода из верхней чаши по открытой трубке, доходящей почти до дна, течёт в нижний сосуд. Воздух в нижнем сосуде сжимается, повышая там давление. По трубке, идущей от верхней части нижнего сосуда практически до верхней части среднего сосуда, давление по воздуху передаётся в средний сосуд. Повышение давления в среднем сосуде заставляет воду в нём подниматься по трубке, проведённой почти от дна среднего сосуда в верхнюю чашу, где из конца этой трубки, возвышающейся над поверхностью воды, и бьёт фонтан.[4]

Вода из верхней чаши поступает в нижний сосуд, где уровень воды постепенно повышается, и потому высота давящего столба постепенно уменьшается; уровень воды в среднем сосуде также понижается. По этим двум причинам высота фонтана постепенно убывает и, наконец, движение воды прекращается.

В идеальных условиях высота фонтана равна разнице уровней поверхности воды в среднем и нижнем сосудах. В действительности трение жидкости, движущейся в трубках, и другие причины уменьшают высоту фонтана.[5]

1. 1. 5. Применение фонтана Герона в жизни

Фонтан Герона может быть актуален и в наши дни, хотя и был придуман две тысячи лет назад. Имея подручные материалы, можно создать фонтан и превратить его в настоящее произведение искусства. Им можно пользоваться как в доме, так и на улице. Ведь он работает без электричества.

Удобен он и в роли наглядного представления некоторых физических законов. Это не просто наглядное представление некоторых физических законов, это, при желании, декоративное и полезное украшение интерьера.

Данный фонтан удобно использовать дома в качестве увлажнителя воздуха для цветов. Готовая модель украшает школьный кабинет и увлажняет воздух в комнате. Работает он совершенно бесшумно и не отвлекает во время уроков. При желании таким фонтаном можно освежать воду в аквариуме. [2]

Если рассматривать усложненные и более современные варианты фонтанов, то они работают по принципу фонтана Герона, но с использованием насоса, освещения тысячи разноцветных ламп, множества трубок, прикрепленных к подвижным платформам, подключением часовых механизмов для включения и отключения в необходимое время, создаются удивительные симметричные фигуры из водных струй, соединяясь в воде в круги и полосы, пересекая друг друга. Меняя форму, количество труб, украшая на вкус и цвет, создано много фонтанов и «потешек» в Петергофе, Олимпийском парке в Сочи и других городах. Подсветка и звук привели к появлению эффектных водных шоу и представлений.

2.2.ПРАКТИЧЕСКАЯЧАСТЬ

2. 2. 1. ИзготовлениемоделифонтанаГерона

Цель:изготовитьмодельфонтанасиспользованиемпластиковыхбутылок.

Оборудование:3пластиковыхбутылки,3трубочкидиаметром4мм,герметик.

Этапыпроведенияработы:

2. 1. 1. Берёмоднупластиковуюбутылку -сосуд 3 (с)(надно бутылки приклеиваемдискдляустойчивости).

      2. Склеиваемдвекрышкиотбутылок между собой.

      3. Просверливаемвсклееннойкрышкедваотверстия.

      4. Вставляемводноотверстиетрубочку диаметром 4 ммдо днасосуда 3 (с) -трубка 3 (f).

      5. Во второе отверстие сосуда 2 (b) протягиваем трубку 2 (е) диаметром 4 мм на 2 -3 см от крышки.

      6. Берём вторую пластиковую бутылку сосуда 2 (b). На дне бутылки вырезаемкруглоеотверстиедиаметром2-3см, приклеиваемкрышку.

      7. Из третьей бутылки вырезаем сосуд (а)- емкость в форме чаши и вставляем трубку 1 (d) так,чтобы она доходила до горлышка второй бутылки сосуда 2 (b) инемного выступаланадчашей.

      8. На конце трубки можно закрепить наконечник от капельницы для проведения опыта.

      9. Всесоединениятщательногерметизируем.

      10. Фонтан готов. Можно приступать к испытанию.

2. 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯЧАСТЬ

Эксперимент№1

Цель:определитьзависимостьвысотыструиотуровняводывсреднемсосуде(диаметр отверстиянаконечникаодинаковыйвовсех опытах)

Вывод:чемвышеуровеньводывсосуде(резервуаресводой),темвышебьётструяфонтана.

Эксперимент№ 2

Цель:определитьзависимостьвысотыструифонтанаотдиаметраотверстия наконечника (высотаводы всосудеодинаковаявовсехопытах)

Вывод: чем меньше диаметр выходного отверстия трубочки, тем выше бьётструяфонтана.

Эксперимент №3.

Цель: исследовать влажность воздуха в комнате и выяснить способность изготовленного фонтана качественно увлажнять воздуха для положительного эффекта на здоровье

Недостаточная влажность воздуха в помещении может стать причиной многих заболеваний. Бронхи человека отличаются способностью к самоочищению. Но сухой воздух снижает эту способность. В результате увеличивается восприимчивость к инфекции и различным респираторным заболеваниям. Это характерно особенно зимой, когда влажность в помещении значительно ниже нормы.[2]

Увлажнение воздуха необходимо в сезон работы системы отопления не только растениям, но и людям. Горячий сухой воздух нуждается в мудрой и мягкой «корректировке» для того, чтобы не оказывать губительного воздействия на слизистые верхних дыхательных путей и создавать комфортные условия для развития всех растений. За исключением редких комнатных любимцев, практически все комнатные культуры предпочитают хотя бы среднюю влажность воздуха и в сухих условиях чувствуют себя некомфортно. Проблему с недостаточной влажностью и потребностью ее компенсации можно решить как специальными приборами, так и расстановкой домашних увлажнителей.[6]

Одним из способов это исправить - это использовать увлажнители, к которым можно отнести и фонтаны. Они имеют не только эстетическое значение, но и практическое.

А именно:

• очищение воздуха: фонтан очищает воздух от пыли, рядом с ним даже дышится легче.

• увлажнение: фонтан способен качественно увлажнять воздух, что положительно сказывается на здоровье. [7]

Докажем это на практике. Определим относительную влажность воздуха в помещении.

Для этого я использовал 2 термометра для воздуха. Один из них обвязал кусочком марли, погруженным в воду. Испарение воды с поверхности влажного термометра приводит к понижению его температуры. Второй же, сухой термометр, показывает обычную температуру воздуха.

Ход работы:

• Измерил температуру воздуха ртутным термометром и записал показание. Это показание сухого термометра.

• Плотно обернул головку термометра мокрой марлей, и через 1 минуту снял показания мокрого термометра. Термометр должен быть подвешен так, чтобы его головка ни с чем не соприкасалась.

• Из первой цифры вычел вторую. По разности показаний сухого и влажного термометров определил по таблице относительную влажность воздуха.

Показания снимал в течение 7 дней

Итак, влажность воздуха в среднем за эти дни составила 33%.

Если провести такое определение в день, когда в квартире тепло, а на улице солнечно и стоит легкий морозец, результаты потрясут: в квартире влажность воздуха примерно 25%. Налицо все признаки низкой влажности: шерстяные вещи "стреляют", пыль прилипает к вертикальным поверхностям полированной мебели, белье сохнет мгновенно.

III. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Врезультатепроведеннойработыяузнал,чтопредставляетсобойфонтанГерона.Основаегоработысодержитпринципдействиясообщающихсясосудов,аподъёмводыпроисходитзасчетразностивысотыводывсообщающихсясосудах.Я изготовил модель фонтана Герона и провел несколько экспериментов по изучению свойств фонтана и его влиянии на нас. Исследовав, от чего зависит высота струи фонтана, я пришел квыводу:

1) струяфонтанабудетвыше,если

• вышеуровеньводывводяномхранилище(резервуаресводой),

• меньшедиаметрвыходногоотверстиятрубочки,

2) Наличие фонтана в комнате повышает влажность

Фонтан прост в исполнении и доступен, хотя приходилось бороться с некоторыми трудностями при создании герметичности сосудов.

Моя гипотеза, о том, что изучив теорию об устройстве и принципе работы фонтана Герона, я смогу собрать модель фонтана - подтвердилась.

Из литературы я узнал, 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 сделал вывод, что фонтаны являются важной частью мер по созданию комфортной, экологически безопасной среды обитания человека, поэтому очень хочется, чтобы и в нашем городе было больше фонтанов, которые не только дадут эстетическое наслаждение, но и благоприятно окажу влияние на здоровье и самочувствие жителей и гостей нашего города.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

2. 2. 1. Белоусов В.Современнаяшкольнаяэнциклопедия.Физика.–М.:Миркниги,2007.– 92с

      2. Род Ферринг. Настольные фонтаны.– М.: Арт-Родник, 2014.- 27 с

      3. ПерельманЯ.И.Занимательная физика.–СПб.: СЗКЭО,2023-96-97 с.

      4. Перышкин А.В.Физика.7кл.:учебник/–5-еизд.,стереотип.–М.:Дрофа,2016.– 84с.

Интернет-ресурсы

2. 2. 5. Изготовление фонтана Герона. Электронный ресурс https://remnabor.net/fontan-gerona-iz-butylok-shema-sborki

      6. Шумовская Татьяна. Использование комнатных фонтанчиков в качестве увлажнителей, 2015- Электронный ресурс https://www.botanichka.ru/article/ispolzovanie-komnatnyih-fontanchikov-v-kachestve-uvlazhniteley

      7. Материал из Википедии - свободная энциклопедия. Фонтан Герона. Электронный ресурс https://ru.wikipedia.org/wiki/Фонтан_Герона