Фонтан с сообщающимися сосудами своими руками

Тем, кто отлично знает законы физики еще со школьной скамьи,
описанное ниже будет знакомо и понятно. Для тех, кто далек от научных трудов
или по какой-то причине пропустил уроки в школе, расскажем, как сделать фонтан
Герона своими руками, и узнаем, правда ли он может работать бесконечно?

Кто такой Герон и в чем важность его изобретения?

Сразу скажем, что о жизни это изобретателя известно очень
мало, одни лишь предположения, как и о том, в каком веке он жил. Есть лишь
несколько записей, сохранившиеся с тех времен, где он делает описание лунного
затмения, на основании чего можно предположить, что жил он во второй половине I века н.э. Но суть не в
этом.

К его заслугам можно отнести несколько важных открытий,
которые и сейчас используются в повседневной жизни. Это ему мы обязаны появлением:

• автоматических дверей и паровых турбин,
• автоматических театров кукол и автоматов для продаж,
• автоматических декораций и приборам для
  измерения протяженности пути,
• арбалетам, способным автоматически заряжаться,
• фонтанам Герона и многим другим изобретениям.

К сожалению, до наших дней дошла лишь малая часть всех
трудов, но даже то, что известно, говорит о всесторонней развитости этого
человека.

Его труды затрагивают несколько областей науки: оптику, катоптрику,
механику, геометрию, гидростатику и многие другие сферы, которые, в частности,
берутся за основу и в наше время.

Но чаще всего упоминание о Героне можно услышать при проектировании фонтанов, один из которых носит его название.

Принцип работы фонтана

Если вы ищите вариант обустройства своего бассейна или фонтана без применения насоса, то этот вариант не то, что вы думаете. И сейчас вы поймете почему. Для начала, давайте рассмотрим простую схему функционирующего фонтана, с использованием наноса.

Есть определенный резервуар воды, внутри которого бьет
фонтанчик. Больше вам ничего не видно и определить источник подачи воды очень
сложно. На самом деле все интересное скрыто от наших глаз. Это система
перекачки воды.

Приведенная схема раскроет все карты:

В нижней части резервуара стоит фильтр, который при помощи
наноса забирает воду и направляет ее в бак, расположенный выше уровня самого резервуара.
В итоге получается замкнутый круг, обеспечивающий непрерывный кругооборот. Но
без подачи электроэнергии такая цепь не работает. Можно ли сделать то же самое,
но без участия мотора?

По сути, фонтан Герона предоставляет такую возможность,
только схема перекачки несколько усложняется, но принцип остается тот же,
рассчитанный на разное давление между емкостями.

Принцип работы такой системы достаточно прост:

Есть три емкости, две герметично закрытые и одна в виде чаши,
в которой и наблюдается некое подобие фонтанчика.

Принцип действия фонтана заключается в последовательном
соединении сосудов несколькими трубочками. Как их правильно соединить:

• 1-я и 3-я
• 2-я и 3-я
• 2-я и 1-я

При заполнении среднего резервуара, и доливании воды в
верхнюю чашу происходит фокус, фонтан начинает работать. Если вы внимательно
посмотрите представленные ниже видео ролики, то заметите, что жидкость, подаваемая
в верхнюю чашу, постепенно переходит в нижнюю через вторую трубочку, постепенно
заполняя нижний резервуар. Следовательно, под действием давления, скопившегося
в нижнем отсеке, происходит выталкивание жидкости из второго резервуара. Т.е.
на первый взгляд это выглядит бесконечно.

Но как только средняя емкость освобождается, фонтанчик
иссякает. Обидно, но закономерно. Ничего вечного, к сожалению, у нас нет! Чтобы
повторить этот фокус, достаточно перевернуть мини демонстрацию фонтана, чтобы
жидкость из нижнего резервуара перешла в средний, снова долить немного воды в
верхнюю чашу и у вас есть несколько минут, чтобы полюбоваться фонтанчиком.

Чем больше емкость 2-го и 3-го отсека, тем длительнее будет процесс циркуляции воды. Но это интересно посмотреть один раз, в крайнем случае 2 или 3, но не более. Применить эту технологию для декоративных фонтанчиков в квартиру или на дачный участок – это пустая трата времени, сил и средств. Потому что заниматься перемещением жидкости с нижнего отсека в верхний – никто не будет, а при больших объемах – тем более.

Пересмотрев множество видео роликов на эту тему можно
натолкнуться на различные способы изготовления этого фонтанчика. Рассмотрим,
как изготовить такой фонтан своими руками.

Материалы для изготовления экспериментального фонтана

Сам процесс создания очень интересен, причем его можно
провести вместе с детьми и тогда пользы от него будет гораздо больше, чем сразу
от демонстрации процесса.

Итак, что нужно взять для изготовления:

• 3 любых емкости, которые можно герметически
  закрыть. Это могут быть пластиковые бутылки, пластиковые ведерки или что-то из
  этой области.
• Несколько коктейльных трубочек или трубочек от
  капельницы.
• Пистолет с клеем.
• Острый нож.
• Паяльник, вместо него можно использовать дрель,
  но на практике, можно обойтись даже отверткой, нагретой на газовой горелке.

По сути, это все что нужно для сборки. Поэтому готовим все
комплектующие и приступаем к работе.

При использовании паяльника, не забывайте о соблюдении техники безопасности, особенно, если весь процесс вы выполняете вместе с детьми. Это касается и других острых предметов. Лучше такие работы выполнять самим, а детям доверить процесс сборки конструкции.

Рассмотрим несколько вариантов изготовления фонтана и
ответим на вопрос, может ли он работать беспрерывно?

Фонтан, изготовленных из трех емкостей

Это настоящий фонтан Герона, который демонстрирует
изобретение ученого. Вам нужно 3 емкости, можно взять три пластиковые бутылки,
объемом от 1 до 2 литров. Больше тоже можно, но для экспериментального образца
хватит и такого объема.

Сразу определитесь, какой формы будет ваша конструкция:
ориентированная по вертикали или горизонтали.

Второй вариант более устойчивый, так как емкости укладываются на специальную подножку и хорошо стоят на ровной поверхности. Вертикально ориентированная конструкция менее устойчива, за счет того что нижняя емкость сначала находится без воды и для демонстрации в кругу семьи ее лучше придерживать, чтобы не опрокинуть.

Рассмотрим вариант с горизонтальным размещением бутылок.
Процесс изготовления выглядит таким образом:

• Сначала подготовьте ножки, которые могут
  удержать бутылку в горизонтальном положении, чтобы она не котилась по столу. Их
  можно сделать из картона, вырезав дугообразное углубление на одной из сторон.
  Когда фонтан будет готов к показу, эти ножки нужно приклеить при помощи
  клеевого пистолета.
• Второй вариант – это ножки, изготовленные из
  крышек от пластиковых бутылок. Их нужно приклеить на боковую сторону нижней
  бутылки конструкции.
• Из одной бутылки нам нужно отрезать горлышко, на
  высоту 7-8 см, это будет своеобразная чаша, внутри которой вы будете наблюдать
  фонтан.
• Две другие бутылки предназначены для
  изготовления самой конструкции. Берем одну бутылку и на одной боковой стороне
  отмечаем места для двух отверстий и прожигаем их при помощи паяльника.

• Аналогичные отверстия на том же уровне делаем и
  на второй бутылке, проверяя их расположение линейкой.

• На одной из бутылок отмечаем дублирующие
  отверстия со второй стороны, только одно из отверстий смещаем на 1 см в
  сторону, вдоль бутылки, и точно так же их прожигаем. Это будет средний
  резервуар.

• В нижнюю бутылку устанавливаем трубочку для
  коктейля, чтоб она доходила почти до дна, но не касалась его, а место
  прохождения бутылки фиксируем клеем, для большей герметичности.

• Аналогично устанавливаем трубочку во второе
  отверстие, только глубина ее вхождения должна быть минимальной. Место
  прохождения бутылки тоже фиксируем клеем.

• На боковую часть бутылки, со стороны выхода
  трубочек, приклеиваем две крышки от пластиковых бутылок, это держатели.

• Затем, на выведенные трубочки одеваем вторую
  бутылку, продевая их через подготовленные отверстия. Обратите внимание, что
  одна трубочка, идущая со дна первой емкости – остается длинной, а вторая –
  короткая. Она идет с нижней емкости и доходит до верхнего края второй емкости,
  но не упирается в нее.

• Проклеиваем все места соединения трубочек с
  бутылками и крышками-распорками между бутылками. В готовом виде у вас должна
  получиться такая конструкция.

• Берем пробку от пластиковой бутылки и прожигаем
  в ней 2 отверстия.

• Готовим третью трубочку, устанавливаем ее в верхнюю
  бутылку, а сверху надеваем крышечку с двумя отверстиями. Все места соединения
  проходим клеевым пистолетом.

• Обрезаем первую трубочку, идущую с нижнего резервуара,
  почти под самый низ.

• Сверху накручиваем воронку, обрезанную в самом
  начале нашей работы.

• Схематически, вся конструкция выглядит таким
  образом:

• Заливаем воду через воронку, пока не наполнится
  нижняя емкость.

• Когда это произошло, всю конструкцию нужно
  перевернуть вверх ногами и подождать, пока вся вода перейдет в среднюю емкость.

• Как только это произошло, конструкцию возвращаем
  в исходное положение, наливаем в воронку еще немного воды, тем самым запуская
  процесс циркуляции.

Все, фонтан Герона готов!

Второй вариант фонтана – зрительный обман или в чем фокус?

Это второй вариант фонтана, который тоже претендует на
звание «вечного двигателя». Его суть достаточно проста и примитивна. Чтобы
понять, как устроена эта конструкция, нужно взглянуть на представленное ниже
фото:

Что мы видим:

• Площадку, где будут установлены 2 держателя –
  один для фрагмента бутылки, второй для крепления трубочки
• Два держателя, в виде деревянных палочек или
  шпажек
• Половинка бутылки или любая другая емкость
• Трубочка от капельницы

Процесс изготовления такого фонтана достаточно прост:

• Сначала готовим основание под фонтан. Это может
  быть любая коробка от обуви или игрушки, либо коробка, изготовленная из гофро картона.
  Как вариант, можете взять обрезки от фанеры или листа ОСБ, главное, чтоб на
  основе вы могли зафиксировать две вертикальные планки.

• На готовую коробку устанавливаем 2 деревянные
  палочки (шпажки) – они предназначены для удерживания трубочки и емкости с
  жидкостью. С изнаночной стороны концы шпажек фиксируют клеевым пистолетом.

• Из пластиковой бутылки делают емкость, для сбора
  жидкости. Это может быть литровая или полуторалитровая бутылка, отрезанная со
  стороны горлышка на 1/3.

• Отрезанную заготовку необходимо приклеить к
  деревянной шпажке, горлышком вниз. Для этого берете клеевой пистолет, наносите
  клей на ровный участок бутылки и фиксируете заготовку на держателе.

• На вторую шпажку необходимо прикрепить медную
  проволоку, при помощи фрагментов трубочек от коктейля. Их нарезают небольшими
  кусочками, надевают на шпажку, вставляют в проволоку в образовавшиеся отверстия
  и при помощи зажигалки сжимают пластиковые держатели.

• Сгибаем свободный конец проволоки в дугу,
  направляя его в емкость, из обрезанной бутылки.

• Откручиваете крышечку с бутылки, просверливаете
  или прожигаете в ней отверстие, и устанавливаете в него трубочку от капельнцы.
  Завинчиваете крышечку.

• Фиксируете трубочку от горлышка бутылки сначала
  к платформе, потом ко второму держателю из проволоки. Когда эти работы
  выполнены, можно приступать к самому эксперименту.
• Устанавливаете платформу с фонтанчиком на стол,
  готовите жидкость для заливки. Для большего эффекта ее можно окрасить, чтоб был
  виден сам процесс запуска и дальнейшая циркуляция воды в системе.

Представленная модель не принадлежит Герону, ее открыл
Роберт Бойль, но тем не менее, в качестве эксперимента ее можно изготовить.

Эту модель можно использовать не только как демонстрационный элемент, но и как мини-аквариум с постоянным фонтанчиком. Единственное, придется постоянно контролировать уровень жидкости, так как она имеет свойство испаряться.

Как видите, фонтан Герона своими руками изготовить не
сложно, но говорить о вечном двигателе я бы не рискнула. Второй вариант немного
напоминает разработку Герона, но существенно отличается от нее, хотя и намного
проще по устройству.

Видео, как изготовить фонтан Герона своими руками

Все современные фонтаны устанавливаются с насосным оборудование. Или не все? Конечно, нет, так как существует несколько способов заставить воду течь и даже фонтанировать без агрегатов принудительного действия. Использовать эти методы можно и в строительстве дачного фонтана Герона из бутылок, который будет функционировать без насоса.

Ели высота конструкции большая, то можно получить хороший напор

Вернуться к оглавлению

Как заставить течь воду без постороннего вмешательства

Если вы посещали школьные уроки физики, то уже должны представлять, за счет какой силы проще все заставить что-то двигаться. Конечно же, речь идет о гравитации или, по-другому, силе тяжести.

Для ее задействования вещь нужно поднять на некоторую высоту и отпустить. То же самое происходит и с водой. Если резервуар с ней поднять над землей и открыть пробку, то она за некоторое время вытечет.

Насос закачивает воду в бак, после чего она стекает по трубе вниз

Сила тяжести будет изначальным двигателем, который запустит наш фонтан.

Идем дальше:

• Присоединяем теперь к нашей гипотетической емкости трубку, которая будет уходить вниз – там мы направим воду строго в определенную точку.
• Если эту трубку внизу загнуть кверху, то вода начнет вылетать из нее с напором. Вот, в принципе, простейшее строение фонтана.
• Чем выше поднимается резервуар с водой, и чем шире диаметр трубы, тем сильнее будет напор. Давление в этом случае выражается в высоте водяного столба.

Подобным образом можно организовать фонтан для дачи, если есть какой-то источник, из которого основная емкость будет постоянно пополняться.

Например, можно задействовать ручей. В этом случае, помимо подачи следует побеспокоиться и о водоотведении.

Такой фонтанчик без насоса не сделаешь

Так как ручьи отыщутся далеко не на каждом участке, да еще и особенности рельефа могут не соответствовать, рассматривать подобный способ устройства фонтана не стоит.

Но для наполнения бака можно использовать и другие источники – тот же летний водопровод. Однако где-то там далеко воду в него также нагнетает насосное оборудование.

Так как же сделать постоянно работающий фонтан без насоса? Для этого одной силы тяжести недостаточно. Решение проблемы кроется в ее совместном действии с давлением. По этому принципу работает древний фонтан Герона.

Вернуться к оглавлению

Геронов фонтан – рециркуляционная система без электричества

Герон Александрийский – это греческий механик и математик, живший во второй половине I века нашей эры. Этого ученого ставят в один ряд с самыми гениальными изобретателями человечества за всю его историю.

Подробности жизни Герона практически неизвестны

Этот изобретатель отметился созданием многих устройств, работающих с водой. К ним же и относится знаменитый фонтан без насоса.

Схема и принцип работы фонтана Герона

Классический фонтан Герона состоит из трех емкостей, соединенных между собой в определенной последовательности трубками. Ниже представлена схема взаимодействия этих сосудов.

Схема фонтан Герона

Первая емкость (№1) может быть открытой – таковой она чаще и делается.

Трубка из нее ведет в герметично закрытый сосуд (№2). Она достает практически до его дна.

Из крышки этого сосуда берет начало еще одна трубка. Она воды касаться не должна, поэтому и укорочена. Тянется трубка до следующего герметичного сосуда (№3), заканчиваясь точно под пробкой.

Еще одна трубка также практически достает до дна третьего сосуда. Ее второй конец выходит наружу и является патрубком, их которого будет бить струя.

Фонтан Герона из пластиковых бутылок

Работает это все по следующему принципу:

1. Третий сосуд (вторая герметично закрытая колба или №3) нужно до конца заполнить водой. Сделать это можно заранее, перед его закупориванием.
2. Затем в открытую емкость (№1) наливается немного воды.
3. Эта вода начинает перетекать в первую закрытую бутылку (№2), в результате чего замыкается цепь.
4. Вода под воздействием силы тяжести течет вниз. От этого в сосуде растет давление воздуха, который по цепочке передается в третью емкость (№3), выдавливая из нее воду. В результате она опорожняется, и вода перетекает в закрытую колбу номер один (№2).

Несложно понять, что как только вода в последней емкости закончится, фонтан прекратит свою работу. Это важная недоработка знаменитого ученого, которая не позволяет создать вечное устройство.

Но вопрос можно решить. Для того чтобы получить усовершенствованный фонтан Герона, конструкцию нужно, как это ни странно, упростить.

Вечный фонтан Герона своими руками из бутылок

Избавляемся от третьей емкости, которая, по сути, совершенно ни к чему не нужна. Схема будет состоять из одной герметичной и одной открытой емкостей и двух кусков трубок, разных по диаметру.

Итак, емкости соединяются трубками. По короткой, которая не достает до воды, вода будет стекать из чаши вниз. По длинной, дотягивающейся практически до дна, жидкость будет подниматься обратно, снова восполняя уровень воды в чаше. В результате цепочка получается полностью замкнутой.

Практически пошаговая инструкция по изготовлению фонтана Герона

Для запуска вечного фонтана Герона наливаем в бутылку воду, чтобы закрыть полностью длинную трубку. Затем наливаем в чашу немного воды, и работа устройства начинается.

Если ничего не происходит, то необходимо удалить из системы воздушную пробку. Для этого можно всосать в себя воздух из выходного патрубка фонтана.

Все предельно просто. По такому принципу даже предлагается делать вечный двигатель. Для этого по ходу движения воды располагается турбина, которая приводится во вращение жидкостью.

По сути, схему можно еще упростить. На фото вечный двигатель, который придумал Роберт Бойль.

Конусовидный сосуд в основании соединен со шлангом. Если создать в нем перепад давления, за счет вытягивания воздуха по манере того, как это делают шоферы, сливая бензин из бака автомобиля, вода начнет подниматься выше своего уровня в сосуде. Цепь также замыкается, и фонтан будет работать бесконечно долго.

Вечный двигатель Роберта Бойля

Вернуться к оглавлению

Видео: принцип работы фонтана в сюжете программы «Галилео»

Вернуться к оглавлению

Заключение

Полученные сегодня знания можно использовать при создании достаточно габаритных фонтанов для дачи, так как принцип действия ничем отличаться не будет.