Фонтаны из сообщающихся сосудов по физике

Принцип сообщающихся сосудов в работе фонтанов

Авторы
Руководители
Файлы работы
Наградные документы

Катушенко Д.А. 1Анурова Е.Д. 1

1МАОУ Апрелевская СОШ №3 СУИОП

Шашкина М.В. 1

1МАОУ Апрелевская СОШ №3 СУИОП

Текст работы размещён без изображений и формул.
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.

Читайте также: Узи сосудов в златоусте

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)

Просмотров работы: 1527

Источник

Муниципальное бюджетное образовательное учреждение

Трубчевская средняя общеобразовательная школа №1

Исследовательский проект

по физике

“Мир фонтанов”

Авторы: Нуднова Н.,

Королькова С., Калюскина Д.

Класс: 7 “а”

Школа: Трубчевская СОШ № 1

Руководитель: Митенкова И.А.,

учитель физики

Трубчевск, 2016

Описание работы

1. Введение

Недавно мы изучили тему «Сообщающиеся сосуды», и у нас возникла идея, которую мы решили воплотить в реальность. Тема нашего исследовательского проекта «Мир фонтанов».

Цель проекта: создать и исследовать модель фонтана для демонстрации применения закона сообщающихся сосудов.

Для этого были поставлены и решены следующие задачи:

изучить историю возникновения фонтанов
рассмотреть назначение и виды фонтанов;
изучить физические основы работы фонтана;
сконструировать фонтан своими руками;
исследовать зависимость высоты струи от уровня воды и положения резервуара.

Актуальность выбранной темы состоит в том, что история возникновения и создания фонтанов началась еще в Древней Греции, и продолжается по сей день. Фонтаны повсеместно встречаются в нашей жизни, они украшают площади, улицы, парки, внутренние и внешние помещения зданий. Созданную нами в ходе выполнения проекта модель можно будет использовать в кабинете физики для демонстрации работы фонтана.

План работы:

Планирование. Разделение на группы.
Исследование истории фонтанов.
Изучение современных фонтанов
Изучение видов и преимуществ фонтанов.
Описание принципа работы фонтана на основе сообщающихся сосудов.
Подготовка необходимых материалов.
Создание модели фонтана.
Демонстрация фонтана.
Исследование модели фонтана.
Подведение итогов.

2. Описание проектной работы и ее результатов

Теоретическая часть

История возникновения фонтанов

В ходе этого этапа мы узнали, что слово фонтан – латино-итальянского происхождения, происходит оно от латинского «фонтис», что переводится «источник». По смыслу это означает струю воды, бьющую вверх или под напором вытекающую из трубы.

Почти вся история человечества связана с фонтанами. На заре цивилизации они не были предметом роскоши или украшения быта. Например, жители Месопотамии оборудовали садовые фонтаны и использовали их в качестве ирригационных систем. Особой славой овеяны и фонтаны Древнего Египта. Документально это подтверждено надгробной живописью. Египтяне придавали фонтанам как практическую, так и декоративную значимость. Очень популярны были садовые фонтаны в древней Персии IV тыс. до н.э., давшие пищу для творчества мастеров ковроткачества. Как персидские сады – подобие рая на Земле, так и непревзойденные персидские ковры призваны были воссоздавать 4 сущности – воду, растения, цветы и музыку.

Персидским садам и фонтанам исторически суждено было оказать заметное влияние на европейскую архитектуру. Солдаты Рима, принимавшие участие в восточных походах, по-видимому, так ярко живописали устройство персидских садов и фонтанов, что некое их подобие вскоре появилось и в Древнем Риме. Римляне хорошо поработали над их усовершенствованием. Из обожженной глины они изготавливали трубы, внутреннюю поверхность фонтанных чаш выкладывали плиткой, а струи уже не просто так взмывали и ниспадали, но били из пасти экзотических животных или фантастических рыб. Кстати, римляне первыми начали применять в устройстве фонтанов насосы.

В период Эпохи Возрождения фонтаны в Европе украшают собою архитектурные ансамбли. Мало того, нередко на них делается основной упор, они становятся ключевой деталью. Главенствует римский стиль. Истинной законодательницей моды в архитектуре и, в частности, в искусстве создания так называемых регулярных парков (т.е. симметричных, имеющих геометрически правильные планы) с целыми фонтанными системами, стала Франция. Классический пример – Версаль XVII в. Фонтаны Версаля возникли в одно время с городом. Их строили, вооружившись последними научными достижениями того времени, одновременно обеспечивая изящество исполнения. Именно версальские фонтаны подвигли Петра I на замысел Петергофа:

Забил Петродворец из всех своих фонтанов.

Воды хоть отбавляй у золотых титанов.

Им заменяют мысль, слова и поцелуи

Летящие из уст сверкающие струи.

Надо признать, что фонтаны Петергофа в чем-то превзошли свой французский прототип. В них представлено множество одно- и многоструйных фонтанов, солирующих, парных, сгруппированных в ряды, фонтанов в виде водяных колоколов и столпов. Рисунки струй не повторяются, это веера, букеты, завесы и т.д. Различны Петергофские фонтаны и по звучанию – от чуть слышимого шелеста до оглушительного торжествующего гула.

Фонтаны нашего времени

Современные фонтаны многолики: одни, словно отдавая дань веку техники и машин, вобрали в себя сложность инженерии и конструктивизма, другие, напротив, – стремятся к естественности, дикой природе.

Самый знаменитый фонтан в Риме – фонтан Треви. Он завершает собой акведук Аква Вирго, построенный еще до рождества Христова. Центральная фигура фонтанной композиции – Нептун, бог моря у древних римлян. Он управляет колесницей в форме морской раковины, в которую запряжены морские коньки.

Фонтан “Треви” в Риме

Фонтаны, построенные в Италии, знамениты на весь мир, в том числе и благодаря своей древности. «Фонтан Дракона», расположенный в «вилле д”Эсте», к примеру, был построен в 1572-м году. Парки и фонтаны Тиволи являются прародителями для многих фонтанов по всему свету, но и сейчас остаются одними из красивейших на всей планете.

“Фонтан дракона” в Италии

О фонтанах Санкт-Петербурга можно говорить бесконечно, без них сложно представить северную столицу. Центральное место в композиции большого каскада занимает знаменитый фонтан Самсон, раздирающий пасть льву. День святого Самсона, победившего льва совпал с разгромом шведов под Полтавой 27 июня 1709 года Большой каскад составляют 64 фонтана, 255 скульптур, барельефов, маскаронов и других декоративных архитектурных деталей, что позволяет считать это фонтанное сооружение одним из самых крупных в мире.

Фонтан “Самсон” в России

Высокий Женевский фонтан стал символом города довольно быстро. Его высота 140 метров, а скорость выброса воды составляет 200 км/ч. Изначально фонтан располагался выше по реке Роны и был мало известен, но стоило властям города перенести его поближе к центру города и сделать из него туристический аттракцион, и теперь без этого фонтана Женеву представить невозможно.

Фонтан Дубай — музыкальный фонтан, расположенный рядом с небоскрёбом Бурдж-Халифа. Это один из самых больших и высоких фонтанов в мире. Высота его струй достигает 150 метров, примерно высоты 50-го этажа. И тем не менее, это всего лишь одна пятая высоты небоскрёба. Фонтан подсвечен 50 цветными прожекторами и 6000 источниками освещения.

Один из самых знаменитых фонтанов Америки расположен в Лас Вегасе – это фонтан «Bellagio», который дает представления каждый вечер. Именно так – на шоу, которое дает этот фонтан на берегу большого искусственного озера, съезжаются туристы со всего мира. Фонтан «танцует» под музыку известных певцов.

Фонтан “Женевская статуя” в Швейцарии

Фонтан “Каскад” в ОАЭ

Фонтан «Bellagio» в США

Назначение и виды фонтанов

В знойную погоду фонтан освежает воздух и создаёт положительный психологический эффект, он очищает воздух от пыли, способствуя облегчению дыхания.

Защищает от постороннего шума, так как звуки журчащей воды приятно заглушают посторонние раздражающие звуки. Фонтан способен качественно увлажнять воздух, что хорошо сказывается на здоровье.

Естественно, фонтан – это развлечение: изменяющиеся фонтанные композиции способны развлекать человека (особенно цветомузыкальными водными шоу). Фонтаны являются превосходной забавой как для детей, так и для взрослых. И, наконец, фонтаны будучи частью ландшафтного или архитектурного дизайна служат средством привлечения внимания.

Существует несколько видов фонтанов:

Естественные (естественно образовавшиеся фонтаны, называющиеся гейзерами).
Техногенные (батареи из множества водяных фонтанов горячей воды используются для её охлаждения на тепловых электростанциях)
Искусственные (фонтанирующая нефтяная скважина).
Декоративные (специфическое гидротехническое сооружение, как правило, выполняющее декоративную функцию).

В нашем городе Трубчевске тоже действует декоративный фонтан, который находится в городском парке культуры и отдыха им А. М. Горького. Фонтан несколько раз реставрировался, вот так он выглядел в 1970 е годы:

Фонтан в городском парке, 1970е

Фонтан в городском парке им. А.М. Горького, 2015 г.

Фонтан работает и в настоящее время, являя собой одну из главных достопримечательностей парка.

Практическая часть

Фонтан – это сообщающийся сосуд, имеющий между собой сообщение или общее дно. Устройство фонтана основано на принципе сообщающихся сосудов, известного нам из физики: в сообщающихся сосудах поверхности однородной жидкости устанавливаются на одном уровне. Воду собирают в емкость, расположенную выше бассейна фонтана. При этом давление воды на выходе из фонтана будет равно разнице высот воды.

Схема фонтана

Проблемы по разработке возникли сразу. Первый вопрос, который мы себе задали – как это сделать, из какого материала и с помощью каких инструментов? Мы предлагаем свой вариант и объяснения.

Для изготовления фонтана нам понадобятся:

Бутылка для воды с отверстием для силиконовой трубки
Силиконовая трубка от медицинского набора для капельницы
Штатив с держателями
Пищевой краситель
Линейка
Пластиковая посуда
Пластилин
Клей

Использование приборов из подручных средств позволяет создать модель фонтана даже в домашних условиях.

После подготовки необходимых материалов была собрана демонстрационная модель фонтана, основанная на принципе сообщающихся сосудов.

Демонстрационная модель фонтана

Созданная нами модель была испробована с использованием воды, окрашенной пищевым красителем синего цвета. Результат проверки показал, что модель работает исправно, возникшие в ходе сборки недочеты, такие как утечка воды из резервуара были устранены.

Проверка модели фонтана

Нами были выполнены измерения для исследования:

зависимости высоты струи h от уровня воды в резервуаре H1;
зависимости высоты струи h от высоты резервуара H.

Для определения зависимости высоты струи фонтана от уровня воды в резервуаре, необходимо регулярно измерять высоту струи по мере уменьшения уровня воды.

Результаты измерений зависимости h от H1 Результаты измерений зависимости H от h

Для определения зависимости высоты струи фонтана от положения резервуара относительно штатива необходимо наблюдать за максимальной высотой струи фонтана при разных значениях высоты поднятия резервуара от уровня демонстрационного стола.

В ходе выполнения работы были сделаны следующие выводы:

1. Создание фонтана на основе сообщающихся сосудов из подручных материалов возможно.

2. Высота струи фонтана прямо пропорционально зависит от уровня воды в резервуаре: чем больше воды в резервуаре, тем выше ее струя в фонтане.

3. Высота струи фонтана зависит от расположения резервуара на штативе: чем он выше, тем давление воды сильнее и, соответственно, выше поднимается струя, причем давление воды на выходе из фонтана будет равно разнице высот воды.

3. Назначение и применение проекта

В ходе выполнения проекта были решены следующие задачи:

изучена история возникновения фонтанов;
рассмотрены назначение и виды фонтанов;
изучены физические основы работы фонтана;
сконструирован фонтан;
исследована зависимость высоты струи от уровня воды и высоту резервуара.

Цель проекта достигнута, нами был создан и исследован фонтан, работающий по принципу сообщающихся сосудов. Результатом проекта служит созданная нами модель фонтана, которая позволяет продемонстрировать, как применяется принцип работы сообщающихся сосудов на примере модели фонтана.

Во время работы над проектом мы узнали об истории развития фонтанов, рассмотрели некоторые наиболее известные фонтаны современности, классифицировали фонтаны по видам, описали их назначение. В ходе выполнения проекта мы самостоятельно добывали и применяли знания, учились планировать свои действия, узнали о практическом применении сообщающихся сосудов, тренировались производить измерения и записывать их результат.

Созданная нами модель может применяться для демонстрации фонтана на уроках физики в 7-х классах общеобразовательной школы.

Список использованной литературы

Десять самых красивых фонтанов мира [Электронный ресурс]. URL: https://butzananna.wordpress.com/
Интернет-урок. Сообщающиеся сосуды. [Электронный ресурс]. URL: https://interneturok.ru/ru/school/physics/7-klass/bdavlenie-tverdyh-tel-zhidkostej-i-gazovb/soobschayuschiesya-sosudy
История фонтанов [Электронный ресурс]. URL: https://www.mako.ru/?show_aux_page=361
Трубчевск. Информационный портал [Электронный ресурс]. URL: https://trubchevsk.pro/index.php?option=com_phocagallery&view=category&id=37:-xx-&Itemid=5
Фонтан. Сообщающиеся сосуды. Схема. [Электронный ресурс]. URL: https://vauto.pp.ua/?p=176
Фонтаны: фото самых красивых фонтанов в мире [Электронный ресурс]. URL: https://romantic-online.com/blog/8/332.html
Фонтис или немного истории [Электронный ресурс]. URL: https://www.kovchegcompany.com/products/fountain/fountain-ideology/history

Источник