Создание и изучение модели фонтана Герона

Выполнил:

Куулар Чимит Айдынович

Работа по теме:

Создание и изучение модели фонтана Герона

                                                           Руководитель:

Монгуш Айлаана Семёновна

учитель физики и информатики

МБОУ СОШ № 3 г.Кызыла

Класс: 7

 Кызыл 2020

  СОДЕРЖАНИЕ

1. Введение                                                                                                             3
2. Основная часть                                                                                                   4

1. История и назначение фонтана                                                                 4
2. Фонтаны города Кызыла                                                                            4
3. Фонтан Герона                                                                                             5

3. Практическая часть______________________________________________6

1. Создание модели фонтана, проведение и результаты экспериментов   6                                                                  

4. Заключение. Выводы                                                                                          8
5. Список литературы_______                                                                               9

1. ВВЕДЕНИЕ

Говорят, есть три вещи, на которые можно смотреть бесконечно – огонь, вода и звезды. Воздух у водоема всегда чист, свеж и прохладен. Наверное, каждый замечал, насколько легче дышать возле воды, как исчезают усталость и раздражение, как бодрит и одновременно умиротворяет нахождение вблизи моря, речки, озера или пруда. Да и не зря говорят, что вода – «очищает», «омывает», не только тело, но и душу.

 Актуальность темы

Мы живем в очень сухом климате, и когда летом бывает очень жарко, так хочется услышать журчание воды, вдохнуть свежий прохладный воздух.  Но, к сожалению зимой это не возможно.

Я заметил, что с наступлением зимнего периода и началом отопительного сезона воздух в наших квартирах становится очень сухим. Уменьшение влажности воздуха кроме дискомфорта дыхательный путей несет с собой еще и увеличение вероятности простуды. Поэтому необходимо позаботиться о дополнительном увлажнении воздуха. Разумеется, можно купить какой-нибудь парогенератор, испаритель, ультразвуковой увлажнитель и т.д. Самый простой способ - поставить небольшой тазик с теплой водой. Но гораздо более приятно иметь свой домашний комнатный фонтанчик, настольный или напольный. Особенно, если сделать его своими руками. Журчание бегущей воды просто обворожительно. Поэтому у меня возникла мысль, а можно ли соорудить маленький фонтан из подручных средств у себя дома.

Основная цель данного проекта: собрать модель фонтана и выяснить, от каких физических параметров зависит высота струи в нем.

Поставленная цель предусматривает решение следующих задач:

1. Познакомиться с историей и назначением фонтанов.
2. Какие фонтаны есть в городе Кызыле.
3. Изучить принцип действия фонтана Герона.
4. Изготовить фонтан Герона.
5. Выяснить от каких параметров зависит высота струи в фонтане;
6. Сделать необходимые выводы.      

 Гипотеза: Изучив устройство и принцип работы фонтана Герона, я смогу собрать  модель фонтана.

Объект исследования: фонтан Герона.

Методы исследования: теоретический, экспериментальный, практический, анализ, обобщение.

2. Основная часть

2.1  История и назначение фонтанов

  Фонтан - природное или искусственно вызванное явление, заключающееся в истечении жидкости (обычно воды), под действием оказываемого на неё давления, вверх или в сторону. Или можно так же сказать фонтан - устройство, в котором вода бьет из источника, попадает в чашу какого-либо вида и, как правило, используется вновь. Фонтан – от латинского слова «Fons», что означает источник, родник,  начало, первопричина.

Уже в древности люди задумывались о том, как создать искусственные водоемы, особенно интересовала их загадка бегущей воды.

Первые фонтаны (VI в до н.э.) 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. Египтяне сооружали фонтаны во фруктовых садах возле дома. Первые фонтаны имели очень простое устройство и совсем не были похожи на пышные фонтаны современности.   В Риме фонтаны сооружались как источники питьевой воды и для того, чтобы освежить воздух в жару. Римляне значительно усовершенствовали устройство фонтанов. Для фонтанов они делали трубы из обожженной глины или свинца. В эпоху расцвета Рима, фонтан стал обязательным атрибутом всех богатых домов.  Струи воды били изо рта красивых рыб или экзотических животных.

 Фонтаны современного мира представляют собой настоящие шедевры инженерной и конструкторской мысли: это самые разнообразные сооружения, привлекающие туристов красотой и величием, высотой и впечатляющим декором.

2.2 Фонтаны города Кызыла

Фонтан на площади Арата появился в 1984 г., выполнен в виде овальной чаши, которую поддерживают длинношерстные тувинские яки-сарлыки. Каменную резьбу делали талантливые тувинские камнерезы. За разработку этого фонтана С. Когел, Д. Дойбухаа, Б. Байынды стали лауреатами Государственной премии Тувы в области архитектуры и искусства.

Следующий фонтан расположен между улицами Ленина и Кочетова перед входом в Национальный Музей. Был построен  в 2008 г.

К столетию города Кызыла в 2014 году и единения Российской Федерации и Республики Тыва обелиск Центра Азии был реконструирован как  фонтан с композицией «Центр Азии». Автором нового обелиска является Даши Намдаков. В центре установлена стела высотой 17 м, которая декорирована скульптурным рельефом в виде символических животных, переплетающихся в порыве восхождения к небу.

2.3 Фонтан Герона

                 С античных времён сохранились работы  греческого механика Герона Александрийского, жившего в  I – II в. н. Одним из устройств, описанное учёным, был волшебный фонтан Герона. Главное чудо этого фонтана заключалась в том, что вода из фонтана била сама, без использования какого-либо внешнего источника воды.

Геронов фонтан состоит из открытой чаши и двух герметичных сосудов расположенных под чашей. Каждая емкость фонтана служит для определенной цели. Фонтан Герона начинается с чаши. Она представляет собой миску, наполненную водой. Из верхней чаши в нижнюю ёмкость идёт полностью герметичная трубка. Именно по ней вода начинает свое движение.  С верхней чаши вода по трубке начинает стекать в нижнюю ёмкость, вытесняя оттуда воздух. Поскольку сама нижняя ёмкость полностью герметична, то воздух выталкиваемой водой по герметичной трубке передаёт воздушное давление в среднюю чашу. Давление воздуха в средней ёмкости выталкивает воду, и фонтан начинает работать.

Фонтан Герона может работать очень долго, но емкости приходится менять местами. Потому что нижняя постепенно наполняется водой, а верхняя - воздухом, а значит, перестает создаваться нужное давление.  

3. Практическая часть

Создание модели фонтана, проведение и результаты экспериментов

Изучив теорию, мне предстояло собрать модель фонтана Герона. Для этого я использовал 1 капельницу, 3 пластиковые бутылки (емкостью 0,5 л – 2шт, 1, 5 литра – 1 шт) с двумя отверстиями на крышке и дне, наконечник от ручки, клей «Момент» и герметик для создания герметичности установки, свечка, гвоздик чтобы проделать отверстия на крышках.  

Сосуды назовем буквами А и Б. Сосуд А с помощью трубки соединили с сосудом В, а сосуд В также с помощью трубки соединили с сосудом Б. Сосуд Б соединили с сосудом А, в котором сделали специальное устройство для получения струи. Все три сосуда поставили на разных уровнях друг над другом. Сосуд В заполнен воздухом, в сосуд Б залили воду, а в сосуд А налили воды до уровня нахождения устройства для образования струи. Вода переливается по трубке из А в В, вытесняя оттуда воздух в сосуд Б; под давлением поступающего воздуха вода из Б движется по трубке вверх и образуется струя фонтана. Когда вся вода из сосуда Б перельется в сосуд В фонтан перестает действовать.

Зависимость высоты струи от уровня воды в среднем сосуде

(диаметр отверстия наконечника одинаковый во всех опытах)

 Вывод: чем выше уровень воды в сосуде (резервуаре с водой), тем выше бьёт  струя фонтана.

Зависимость высоты струи фонтана от диаметра отверстия наконечника

(высота воды в сосуде одинаковая во всех опытах)

Вывод: чем меньше диаметр выходного отверстия трубочки, тем выше бьёт  струя фонтана.

       Для работы такого фонтана не требуется никаких затрат! Он не потребляет электроэнергию и работает без насоса. Но время работы моей модели фонтана составило всего 5 минут. За это время нижний сосуд (пластиковая бутылка) заполнился водой, а верхний сосуд стал почти пустым. Для длительной работы такого фонтана приходится менять местами сосуды (пластиковые бутылки) и переставлять наконечник от ручки в чаше с водой.

Затраты на создание фонтана: капельница – 14 руб, герметик – 60 руб. Всего – 74 руб. Остальное принес из дома.

3. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. ВЫВОДЫ

 В результате проведенной работы я узнал, как образуется фонтан Герона. Основа его работы содержит принцип действия сообщающихся сосудов, а подъём воды происходит за счёт разности высоты воды в сообщающихся сосудах.  Я изготовил модель фонтана Герона и провел несколько экспериментов по изучению свойств фонтана. Исследовав, от чего зависит высота струи фонтана, я пришел к  выводу:

струя фонтана будет выше, если

• выше уровень воды в водяном хранилище (резервуаре с водой),
• меньше диаметр выходного отверстия трубочки,

Фонтан прост в исполнении и доступен, хотя приходилось бороться с некоторыми трудностями при создании герметичности сосудов. Имея незаурядные подручные материалы, можно без труда создать этот маленький «шедевр» и (не без помощи фантазии, разумеется) превратить его в настоящее произведение искусства. Он хорош как в доме, так и на улице. Ведь он работает без электричества. Удобен он и в роли наглядного представления некоторых физических законов, ведь, как говорится, лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать.  Работает он совершенно бесшумно и не отвлекает. Фонтан Герона может быть актуален и в наши дни, хотя и был придуман две тысячи лет назад. Это не просто наглядное представление некоторых физических законов, это, при желании, декоративное и полезное украшение интерьера, «изюминка» вашего дома или участка.    

  Моя гипотеза, о том, что изучив теорию об устройстве и принципе работы фонтана Герона, я смогу собрать  модель фонтана -  подтвердилась. 

Я сделал вывод, что фонтаны являются важной частью мер по созданию комфортной, экологически безопасной  среды обитания человека, которые не только дадут эстетическое наслаждение, но и  благоприятно будут влиять на здоровье и самочувствие жителей и гостей нашего города!

Практическая значимость:

 Фонтаны   необходимы человеку, т.к. они: экономичные увлажнители воздуха,  благоприятно влияют на здоровье, особенно при заболеваниях дыхательной системы,  благотворно воздействуют  на психику человека,  уменьшается накопление статистического электричества в ковровых покрытиях, связанного с излучением компьютеров.

4. Список литературы

1. http://www.mirfontanov.ru/fountain_history.html - история создания фонтанов
2. http://kuznica.com/velikie-mastera/140-chudesnye-izobreteniya-gerona-aleksandrijskogo изобретения Герона
3. http://fb.ru/article/283347/fontan-gerona-svoimi-rukami  - фонтан Герона своими руками
4. http://ru.wikipedia.org/ - всемирная энциклопедия, гейзеры, родники, артезианские колодцы
5. http://www.1000fontan.ru/catalog-fontan/shema/work/ -  сайт о фонтанах
6. http://phscs.ru/physics7/
7. http://sholban.ru/kyzyl/walking/ сайт о фонтанах города Кызыла