VI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Принцип сообщающихся сосудов в работе фонтанов
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Обоснование выбора данной темы
Однажды на уроке физики наш класс проходил принцип сообщающихся сосудов. В качестве домашнего задания нам предложили создать собственную модель. В тот момент мы вспомнили про фонтан «Дружбы Народов», находящийся на ВДНХ. Тогда мы решили подробно разобраться в работе фонтанов, а потом создать свою собственную модель.
Актуальность работы
Фонтаны это не только украшение, но и интересный физический механизм, о работе которого многие люди и не задумывались. Поэтому для нас важно рассказать и показать принцип работы такого интересного предмета, как фонтан.
Цель работы
Целью работы является исследование работы принципа сообщающихся сосудов, использующегося при работе фонтанов.
Задачи
Для достижения заданной цели необходимо решить следующие задачи:
узнать, что собой представляет фонтан;
изучить принцип работы;
разобраться в истории фонтанов: от истоков к XXI веку;
узнать о самых известных примерах;
выполнить практическую часть работы.
Основная часть
Что такое фонтан
Каждый из нас видел фонтаны. Они бывают и комнатные, и садовые, и встроенные в ландшафт, и целые монументальные произведения искусства. Но не каждый задумывался, как появились фонтаны и как они работают.
Само слово фонтан произошло от латинскогоfontana, что означает «источник», «струя», «родничок». Обычно видим только верхнюю, красивую часть, через которую и выплескивается вода. Но что же скрыто внутри?
А внутри мы увидим примитивный принцип сообщающихся сосудов, известный нам еще со школьных времен.
Принцип сообщающихся сосудов
Мы знаем, что в сообщающихся сосудах уровень жидкости одинаковой плотности устанавливается на одном уровне. Это и есть закон сообщающихся сосудов.
Доказать это мы можем таким образом:
из закона Паскаля мы можем узнать, что p1=p2, где p1=ρgh1, p2=ρgh2,следовательно, ρgh1=ρgh2, т.е. h1=h2, где p-давление в жидкости, а h-высота столба.
А в сообщающихся сосудах с жидкостями, разной плотности, высота столба с меньшей плотностью будет больше высоты столба с большей плотностью.
Доказываем тоже при помощи закона Паскаля.
По закону Паскаля p1=p2, где p1= ρ1gh1, p2= ρ2gh2 ,
следовательно, ρ1gh1= ρ2gh2, т. е. h1:h2=ρ2:ρ1,
где p-давление в жидкости, а h-высота столба.
Высоты столбов в сообщающихся сосудах с разнородными жидкостями обратно пропорциональны их плотностям.
История использования сообщающихся сосудов
Впервые принцип сообщающихся сосудов начал использоваться еще в Древней Греции. Это были небольшие фонтанчики, но служили они не для эстетического удовольствия, а для удаления жажды, охлаждения и освежения воздуха. Они создавались при помощи бурения земли до подводных рек и ключей при естественных перепадах высот. Позже эти перепады начали создаваться искусственно.
3.1 Акведуки Древнего Рима
Понятие акведук происходит от латинских слов aqua — вода и ducere —вести. Акведуки являются прототипом современного водопровода. Они доставляли воду до общественных купальниц, называемых термами, Навмахий—мест римских водных сражений, богатых домов и фонтанов, о которых позже и пойдет речь. Особенностью римских водопроводов являлось то, что строители, древние римляне, не достаточно хорошо знали о принципе сообщающихся сосудов, поэтому строили их всё время под небольшим наклоном вниз, хотя этого и не требовалось. Достаточно было построить хранилище выше всех тех мест, куда должна была поступать вода.
В общей сложности насчитывалось около 11 таких величественных сооружений. Практически все они хорошо сохранились до наших дней. Это, несомненно, говорит о том, что римляне были просто гениальными инженерами и строителями.
3.2 Фонтаны в Средневековье и Новом Времени
Основой фонтанов в Средневековой Европе послужили персидские сады. Мусульманские фонтаны были окружены террасами из разноцветной плитки. Брызги, отражаясь в них, представали перед зрителями необыкновенной картиной. В Европе же сады впервые появились при монастырях. В их середине был расположен фонтан-место для уединения, размышления, молитвы. Но в большинстве фонтаны еще использовались как источники воды для полива и питья.
Наибольшего расцвета ландшафтное искусство в области фонтанов достигло в XVII веке во Франции. Лучший пример-Версаль, расположенный в 17 километрах от Парижа. Это парк фонтанов и архитектурных шедевров. Здесь находятся более 25 фонтанов, разных не только внешним оформлением, но устройством подачи воды.
3.3 Фонтаны-шутихи
Фонтаны-шутихи—еще одно произведение фонтанного искусства, появившееся еще за полторы тысячи лет до нашей эры. Но широкое распространение получили такие забавные фонтаны только в XVII в Европе.
Первые европейские шутихи не имели собственного стиля и создавались по арабо-сицилийским мотивам. Первый такой фонтан появился в парке «Эдем» в Бургундии, Франция.
На данный момент наиболее известны фонтаны-шутихи Петра I. Их прообразом могли служить фонтаны в Хелльбрунне под Зальцбургом.
Смысл таких фонтанов в придании игривого настроения среди посетителей парка при помощи неожиданного поливания водой. Часто такие фонтаны замаскированы под обыденные предметы, что и добавляет потешности.
3.4 Фонтаны нашего времени
В наше время фонтаны из маленьких отверстий для питья превратились в огромные и сложные системы. Если раньше маленькие фонтаны, созданные руками человека, считались чудом света, то сейчас каких только видов нет: с музыкой, с подсветкой, танцующие и т.д. Самый мощный фонтан выдает струю высотой до 318 метров (высота Эйфелевой башни 300)!
Фонтаны блещут разнообразием. Каждый из них это произведение искусства. Кто-то впечатляет размерами, а кто-то красотой подачи воды. В этой работе можно проследить, как происходила их эволюция.
4. Самые известные фонтаны мира
Изучив множество фонтанов в процессе изучения данной темы, мы решили составить собственный список самых красивых и удивительных фонтанов мира.
Светозвуковой фонтан на Кипре. Этот фонтан находится в небольшом курортном городке Протарас. Пусть это и не самый крупный и знаменитый фонтан, но его лазерные шоу просто впечатляют свой красотой и оригинальностью.
Фонтан Треви в Риме, Италия. Этот фонтан знаменит на весть мир. Его основная особенность — скульптурная композиция Нептуна с нимфами.
Фонтан короля Фахда. Этот фонтан расположен в Саудовской Аравии. Это тот самый высокий фонтан, про который мы говорили ранее. Напомним, что высота столба, выбрасываемого им, равна 318 метрам!
Фонтан «Белладжио». Этот фонтан построен на берегу искусственного озера в Лас-Вегасе. Есть обычай делать предложение, стоя рядом с этим фонтаном. В этом случае он будет олицетворять красоту любви.
Это танцующий фонтан. Ночью он подсвечивается десятками прожекторов, а его струю поднимаются более чем на 80 метров и переливаются всеми цветами радуги.
И, конечно, не забудем про фонтан, из-за которого и зародилась идея создания этого проекта.
Фонтан «Дружбы Народов» в Москве. Этот фонтан был построен еще в 1954 году, в качестве символа единства Советского союза. Огромный размер, роскошные позолоченные статуи, олицетворяющие различные республики. Для нас этот фонтан является самым красивым и роскошным из всех.
5. Практическая часть
Изучив простейший принцип работы фонтанов, мы захотели создать свою собственную модель. Для этого нам потребовалось:
фанера для декорации;
краски;
пластиковая бутылка;
резиновая трубочка;
импровизированная насадка;
шурупы;
петли;
жестяная коробка;
ракушки для украшения;
два магнита.
Сначала мы придумали идею декорации фонтана. Наш выбор остановился на доме с садом.
Для исполнения идеи мы вырезали из фанеры необходимые детали: фасад дома, заднюю крышку и подставку. Потом мы сделали сами сообщающиеся сосуды из бутылки и резиновой трубочки. Насадку подсоединили к сосудам и замаскировали ракушками, сымитировав с помощью железной коробки наружную часть фонтана.
В конце мы соединили все детали с помощью шурупов, петель и магнитов. Для завершения работы нам осталось только раскрасить нашу модель.
Заключение
В процессе изучения данной темы мы смогли доказать верность закона сообщающихся сосудов, узнать о различных способах его применения, выяснить, где и для чего впервые использовались свойства данного утверждения. Также мы смогли проследить эволюцию развития фонтанного искусства, его виды и ответвления, узнать впечатляющие факты.
Но самым главным нашим достижением мы считаем собственноручно сделанную модель фонтана, с помощью которой мы можем продемонстрировать механизм для подачи воды.
Выводы
Анализ результатов, полученных в ходе данной работы, позволяет сделать выводы:
принцип сообщающихся сосудов оказался хорошо применим в современном мире;
история использования этого принципа берет начало еще в Древней Греции и тянется до наших дней;
фонтанное искусство неотъемлемо связано с простейшей физикой;
посмотреть принцип работы фонтана можно даже в домашних условиях;
собственноручно можно создать работающую модель фонтана.
Приложение
Рис.1 Пример фонтана
Рис.2 Сообщающиеся сосуды
Рис. 3 Акведуки
Рис. 4 Фонтан в Версале
Рис. 5 Фонтан-шутиха в Петергофе
Рис.6 Современный фонтан
Рис.7 Светозвуковой фонтан на Кипре
Рис.8 Фонтан Треви
Рис.9 Фонтан короля Фахда
Рис.10 Фонтан «Белладжио»
Рис.11 Фонтан «Дружба Народов»
Рис. 12 Моя модель(1)
Рис. 13 Моя модель (2)
Рис.14 Моя модель (3)