Работа фонтана по принципу сообщающихся сосудов
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.
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: 1538
Источник
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ КРАСНОЯРСКОГО КРАЯ
Муниципальное образование г.Боготол
КРАЕВОЙ ФОРУМ «МОЛОДЕЖЬ И НАУКА»
Направление: Фундаментальные исследования, секция: физика и математика
«Фонтан как пример сообщающихся сосудов»
Панкратова Полина
Муниципальное бюджетное учреждение
средняя общеобразовательная школа №4
7 класс,
Власова Татьяна Петровна
Муниципальное бюджетное учреждение
средняя общеобразовательная школа №4
учитель физики,
С условиями Конкурса ознакомлен(-а) и согласен(-а) Организатор конкурса оставляет за собой право использовать конкурсные работы в некоммерческих целях и без денежного вознаграждения автора (авторского коллектива) при проведении просветительских кампаний, а также полное или частичное использование в методических, информационных, учебных и иных целях в соответствии с действующим законодательством РФ.
г. Красноярск 2019
Тезисы
Цель работы: Выяснить, как и почему работает фонтан, и от каких физических параметров зависит высота струи в фонтане.
Методы исследование:
- Теоретический – изучение первоисточников.
- Лабораторный – проведение эксперимента.
- Аналитический – анализ полученных результатов.
- Синтез – обобщение материалов теории и полученных результатов. Создание модели.
Литература:
1.Бурмин Г. Штурм абсолютного нуля /Москва, «Детская литература», 1989г.
2.Кабардин О.Ф., Кабардина С.И., Шеффер Н.И. Факультативный курс физики /Москва, «Просвещение», 1982г.
3. https://www.1000fontan.ru/catalog-fontan/shema/work/ сайт о фонтанах
4. «Энциклопедический словарь юного физика» Сост. В. А. Чуянов – 2- е М.: Педагогика, 1991 год- 336 стр.
5. Ф. Бублейников, И. Веселовский «Физика и опыт», М. Просвещение, 1970г.
Введение
Настоящая работа посвящена фонтанам, которые можно изготовить самим.
Актуальность выбранной темы
Применяем полученные знания по физике в практике.
Основное содержание
Выбранная мною тема интересна и актуальна в настоящее время .Так как фонтаны, являются одним из основных предметов ландшафтного дизайна парковой зоны, источником воды в жаркое летнее время, а каждый уголок города становится более красивым и уютным с помощью фонтана. А люди практичные знают, что фонтан увлажняет воздух и к тому же работает как природный ионизатор.
Цель исследования
Выяснить, как и почему работает фонтан, от каких физических параметров зависит высота струи в фонтане,как изменяется влажность с применением фонтана.
Методы исследования:
- Теоретический – изучение первоисточников.
- Лабораторный – проведение эксперимента.
- Аналитический – анализ полученных результатов.
- Синтез – обобщение материалов теории и полученных результатов. Создание модели.
Задачи:
1. Изучить материал о фонтанах: их видах и принципах действия.
2. Сконструировать макет фонтана и с его помощью провести опыты, объясняющие принцип работы фонтана.
3. Проанализировать полученную информацию и сделать выводы об устройстве и принципе работы фонтанов.
4.Проверить как влияет фонтан на микроклимат в комнате.
Основное содержание
Фонтан – струя жидкости, газа, выбрасываемая вверх из трубы или отверстия силой давления . Первые фонтаны возникли в Древнем Египте и Месопотамии, о чем свидетельствуют изображения на древних надгробиях. Изначально они использовались не столько для красоты, сколько для полива выращиваемых культур и декоративных растений.
Современные фонтаны соревнуются в высоте. Фонтан короля Фахда расположенный на Красном море, поднимается на высоту 260 м, в хорошую погоду он может достичь высоты 318 м (для сравнения высота Эйфелевой башни 300м). В современных фонтанах значительную роль играют передовые технологии, новые изобретения.
Самый дорогой и большой фонтанный комплекс в мире – «Dubai Fountain”(Дубай Фонтан). Длина фонтана 275 м, а его площадь сравнима с площадью трех стандартных футбольных полей.
Со временем менялись эпохи и стили, а с ними и фонтаны, как их отражение. Но принцип работы фонтанов практически одинаков. Они работают 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.
Фонтаны бывают искусственные и естественные. К естественным относятся гейзеры, родники и артезианские воды.
Фонтаны бывают: водомётные, каскадные, механические, фонтаны-шутихи разной высоты, формы и у каждого есть свое название. Раньше все фонтаны были прямоточные, то есть работали напрямую от водопровода, сейчас применяется «оборотное» водоснабжение с использованием мощных насосов.
В основе работы самых простых фонтанов лежит свойство сообщающихся сосудов.
Сосуды, имеющие между собой сообщение или общее дно, называются сообщающимися. В жизни часто встречаются такие сосуды. Различные чайники, лейки, водомерные стекла при паровых котлах – все это примеры сообщающихся сосудов.
Свободные поверхности покоящейся жидкости в сообщающихся сосудах любой формы находятся на одном уровне. Вода, налитая в лейку, в чайник, заполняет и носик этих сосудов, и их расширенную часть до одинаковой высоты. Это происходит потому, что равные по высоте столбы одинаковой жидкости производят одинаковые давления (рис. 1, а).
Если жидкость в сообщающихся сосудах находится на разных уровнях (это можно сделать, поставив между сообщающимися сосудами перегородку или зажим и долив жидкость в один из сосудов; рис. 1, б), то создается напор жидкости. Напор показывает, какое давление производит вес столба жидкости высотой, равной разности уровней. Под действием этого давления жидкость, если убрать зажим, будет перетекать в тот сосуд, где уровень ее ниже, до тех пор, пока уровни не сравняются.
Существует несколько видов фонтанов, работа которых основана на свойстве сообщающихся сосудов.
Фонтан Герона (рис. 2).
Для эксперимента используют два сосуда с водой расположенных на разных уровнях соединенные между собой тонкими резиновыми трубочками и небольшой чашки. Для того чтобы фонтан заработал, в чашечку добавляют небольшое количество воды.
Нами был изготовлен фонтан, который представляет собой большой резервуар для воды, соединенный трубкой с резервуаром, демонстрирующим фонтан.
Для его изготовления мы использовали наши выводы после изучения теоретической части по вопросу «фонтаны»:
Для наблюдения подъема воды в виде фонтана необходимо создать разницу давлений в жидкости. Чем больше разница давлений, тем выше будет столб воды в струе фонтана.
Если поднять резервуар с водой над источником фонтана, то можно наблюдать струю, причем чем выше резервуар, тем выше струя фонтана, так как мы увеличиваем разницу давлений между верхним и нижним положением воды.
Но данный макет имеет недостаток, если в большом резервуаре закончится вода, то и закончится работа самого фонтана. Для длительной работы фонтана требуется наличие наноса.
Практическая часть
№1 Проверить зависимость высоты струи в фонтане от взаимного расположения сообщающихся сосудов.
Оборудование: пластмассовая бутылка; трубка диаметром 5 мм.
Меняя высоту сосуда, при постоянном диаметре отверстия я измеряла высоту струи фонтана.
Диаметр отверстия,мм | Высота резервуара,см | Высота струи,см |
5 | 25 | 1,25 |
5 | 50 | 2 |
5 | 75 | 2,8 |
Вывод: высота струи фонтана зависит: от взаимного расположения сообщающихся сосудов, чем выше один из сообщающихся сосудов, тем высота струи больше.
№2 Проверить зависимость высоты струи в фонтане от диаметра отверстия.
Не меняя высоту сосуда, я брала трубки с разным диаметром отверстия и измеряла высоту струи.
Оборудование: штатив – 2; пластмассовая бутылка; трубки диаметром 3 мм, 5 мм, 10 мм; кювета.
Диаметр трубки | Высота фонтана |
3 мм | 100 мм |
5 мм | 65 мм |
10 мм | 60 мм |
Вывод:высота фонтана зависит от диаметра трубки. Чем меньше диаметр
трубки, тем выше столб фонтана.
№3Проверить как зависит высота фонтана от высоты столба жидкости в сосуде с водой .
Вывод: если поднять резервуар с водой над источником фонтана, то можно наблюдать струю, причем чем выше резервуар, тем выше струя фонтана, так как мы увеличиваем разницу давлений между верхним и нижним положением воды.
Но данный макет имеет недостаток, если в большом резервуаре закончится вода, то и закончится работа самого фонтана. Для длительной работы фонтана требуется наличие наноса.
№4.Важным фактором, который определяет комфортность микроклимата помещения, является влажность воздуха. Оптимальный уровень влажности воздуха для человека, его домашних питомцев и комнатных растений составляет 40 – 60 %. . В частности, во время отопительного сезона в квартирах влажность воздуха составляет, в среднем 37%. Это очень негативно отражается на здоровье людей.
Проверить зависимость влажности воздуха от испарения фонтана.
Фонтан работал в течение двух часов в к помещении с комнатными растениями. С помощью термометров и психрометрической таблицы определялась влажность до включения и после включения фонтана.
Дата | Влажность воздуха,% | Изменение влажности,% |
3.03 | 50 | 2 |
4.03 | 48 | 3 |
5.0 | 40 | 2 |
6.03 | 41 | 4 |
7.03 | 48 | 3 |
Вывод:
Влажность в комнате увеличивается в среднем за наблюдаемое время на 3%.
Заключение
Я построила комнатный фонтан, в этом мне помогал папа. Из разных видов фонтанов, я построила фонтан с использованием сообщающихся сосудов. Для визуального эффекта и красоты я украсила его декоративными элементами.Этот фонтан мы поставили в зимний сад.Чтобы он работал постоянно,т.е. чтобы создать разность высот в трубках для этого мне понадобится небольшой моторчик , трубки, емкость-основа для фонтана, блок питания.
В ходе исследования выявлено, что наиболее подходящими по конструктивным особенностям для расположения в квартире являются Героновы фонтаны.
Меня увлекли история создания фонтанов, проведённые мною исследования и создание своего, комнатного фонтанчика.
В ходе изучения материала различных источников, я поняла, насколько важен был фонтан во все времена для человечества – он и источник воды, и освежает воздух, и улучшает здоровье, психику человека; даёт эстетическое наслаждение и дома благоприятно влияет не только на самочувствие человека, но и на микроклимат в квартире.
Литература:
1.Бурмин Г. Штурм абсолютного нуля /Москва, «Детская литература», 1989г.
2.Кабардин О.Ф., Кабардина С.И., Шеффер Н.И. Факультативный курс физики /Москва, «Просвещение», 1982г.
3. https://www.1000fontan.ru/catalog-fontan/shema/work/ сайт о фонтанах
4. «Энциклопедический словарь юного физика» Сост. В. А. Чуянов – 2- е М.: Педагогика, 1991 год- 336 стр.
5. Ф. Бублейников, И. Веселовский «Физика и опыт», М. Просвещение, 1970г.
Источник