VI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Изготовление фонтанов
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Говорят, есть три вещи, на которые можно смотреть бесконечно – огонь, вода и звезды. Воздух у водоема всегда чист, свеж и прохладен. Уже в древности люди задумывались о том, как создать искусственные водоемы, особенно интересовала их загадка бегущей воды.
Вода - это жизнь! Поэтому фонтаны во все времена признавались лучшими элементами украшения среды обитания человека.Но фонтаны это не только украшение парка, но и полезное изобретение. Одним из устройств, описанных учёным древней Греции Героном Александрийским, был волшебный фонтан Герона. Главное чудо этого фонтана заключалась в том, что вода из фонтана била сама, без использования какого-либо внешнего источника.
И у меня возникли вопросы: а как люди создали фонтаны? Как они работают? Можно ли самому сделать фонтан?
Я решил провести исследование по теме «Фонтаны», цель которого:
- расширить область знаний по теме (в том числе исторического характера) и использовать полученные знания для выполнения практического задания.
Для достижения поставленной цели мне необходимо решить следующие задачи:
1. Изучить историю создания фонтанов.
2. Разобраться в устройстве и принципе действия фонтанов
3. Cоздать простейшую модельфонтана.
Тема актуальна, так каклюди всегда трепетно относились к воде. Жизнь на земле без воды была бы просто невозможна. Вода считается символом очищения и новой жизни. Созерцание воды умиротворяет человека и дарит положительные эмоции. Фонтаны должны существовать.
Объект исследования: фонтаны.Если мы узнаем, как устроены фонтаны, то сможем построить модель для их демонстрации.
Предмет исследования: принцип работы простейшего фонтана.
Методы:
1.Изучение теоретической информации по теме.
2.Метод наблюдения.
3. Метод моделирования (создание модели фонтана).
I.ТЕОРЕТИЧЕСКАЯЧАСТЬ
История создания фонтанов
Фонтан– струя жидкости или газа, выбрасываемая под давлением.
Впервые фонтаны появились в Древней Греции. Они служили источниками питьевой воды, охлаждали и увлажняли воздух, 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. 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.
В дальнейшем это дало толчок к развитию фонтанного зодчества и в Древнем Риме. 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.
Огромное значение 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.
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.
Силы давления жидкости.
Повседневный опыт учит нас, что жидкости действуют с 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.
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. Принцип действия сообщающихся сосудов.
Сосуды, имеющие между собой сообщение или общее дно, принято называть сообщающимися.
Сообщающиеся сосуды - два сосуда, соединенные между собой резиновой трубкой. В сообщающихся сосудах любой формы и сечения поверхности однородной жидкости устанавливаются на одном уровне ( при условии, что давление воздуха над жидкостью одинаково).
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.
Техническое устройство фонтанов
Сегодня мало кто задумывается, как функционируют фонтаны.
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.
Классическая схема устройства фонтана предполагает наличие двух обязательных элементов:
чаша– ее назначение состоит в разделении водного потока по различным направлениям. Еще одна задача чаши – прятать под слоем воды разводку труб, оборудование для регулировки струй воды и элементы подсветки;
насосная станция, расположенная в большинстве случаев в подземной части фонтана. Насосное оборудование представлено обычно двумя насосами – основным и резервным.
В устройство фонтана может быть включена система подсветки.
5. Виды фонтанов
Современный город нельзя представить без фонтана.
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. Фонтанстановится 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.
В зависимости от конструктивных особенностей фонтаны могут быть:
статическими;
цветодинамическими;
скульптурными;
музыкальными.
Резервуаром для обеспечения круговорота воды в фонтане может служить как естественный источник — река, озеро, пруд, так и совсем небольшая емкость, специально установленная и задекорированная в растениях или скульптурах.
Внешний вид фонтана определяет его функциональные особенности. Он может выполнять не только эстетическую функцию, но и являться источником декоративной подсветки, а также увлажнять и делать более прохладным летний жаркий воздух.
II. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
Устройство фонтана может быть различным, современные технологии позволяют создать проект фонтана, работающего фактически на пустом месте.
Возьмем 2 сосуда с общим дном.
Создадим разницу уровней воды.
Вода стремится к одному уровню (бьет фонтан).
Используя свойства сообщающихся сосудов, можно построить 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.
Мое изобретение
Принцип действия
Столб воды в верхнем сосуде до её поверхности в нижнем, создает избыточное давление в нижнем сосуде. Сжатый воздух из нижнего сосуда передает полученное давление в средний сосуд, тем самым оказывая давление на воду. Далее подымается в третий сосуд, и вырывается фонтаном вверх.
Вывод
Фонтан действует посредством использования сообщающихся сосудов, под воздействием атмосферного давления.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Целью моей работы было расширение области знаний по теме «Фонтаны» использованиеполученных знаний для выполнения творческого задания.
В ходе работы я ответил на вопрос: что является движущей силой работы фонтанов и, используя полученные знания, смог создать действующую модель фонтана.
Выполнение работы включило в себя следующие элементы:
Изучение специальной литературы по теме исследования;
Подготовка необходимого оборудования и материалов;
Подготовка объекта исследования;
Анализ полученных результатов;
Приложение
Фонтаны города Перми
Самый большой оазис прохлады расположился на площади у Театра-Театра
Фонтан «Одуванчик» ПГУ
Фонтан в сквере Уральских Добровольцев
Фонтан в сквере им. Дзержинского
2. Это любопытно: первый фонтан г. Перми
Фонтан в сквере у театра оперы и балета - самый старинный в Перми. Он был открыт в 1907 году, когда в городе проложили первый водопровод. Кстати, его можно назвать первым светомузыкальным фонтаном в краевом центре – до революции в его кратере, стилизованном под античную вазу, горела электрическая лампочка.
Список литературы
Мода на ботанику. Цветочный мир Петергофа: О. Д. Волкова, М. В. Трубановская — Санкт-Петербург, Государственный музей-за, 2014 г.- 88 с.
Настольные фонтаны: Род Ферринг — Санкт-Петербург, Арт-Родник, 2018 г.- 64 с.
Петергоф / Peterhof (набор из 32 открыток): — Санкт-Петербург, Яркий город, 2007 г.- 32 с.
Фонтаны (село): Джесси Рассел — Санкт-Петербург, Книга по Требованию, 2017 г.- 103 с.
Фонтаны рая: Джесси Рассел — Санкт-Петербург, Книга по Требованию, 2018 г.- 106 с.
http://ru.wikipedia.org/ - всемирная энциклопедия, гейзеры, родники, артезианские колодцы
http://www.1000fontan.ru/catalog-fontan/shema/work/ сайт о фонтанах
http://oldpiter.narod.ru/ARHIV/peterg.htm - фонтаны Петергофа
http://www.fontan.net - сайт о фонтанах