Физико-математические исследования
проект по физике (7 класс)

Увлажнитель воздуха

Физико-математические исследования

Волжск

2021

Оглавление

1. Введение
2. Основная часть
   1. Фонтан Герона- принцип работы.
   2. Применение фонтана Герона в жизни.
   3. Изготовление фонтана Герона.
   4. Проведение и результаты экспериментов.
   5. Исследование влажности воздух.
3. Заключение
4. Список литературы
5. Приложение

I. Введение

   Есть вещи, которыми можно любоваться 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.

   Увлажнители воздуха в помещениях 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.

   Не всем семьям доступно поставить в каждой комнате промышленный увлажнитель воздуха. В рамках исследовательской работы мы рассматриваем фонтан Герона как экономичную альтернативу промышленному прибору. С античных времён сохранились работы греческого механика Герона Александрийского. Одним из устройств, описанное учёным, был волшебный фонтан. В ходе работы мы выясняем, насколько необходимо увлажнение воздуха в помещениях для человека и комнатных растений и самостоятельно собираем модель фонтана из подручных средств. Такой  «комнатный фонтан» улучшит микроклимат в доме, за счет того, что увлажнит воздух, подарит нам радость, ощущение уюта и комфорта. Движущаяся вода, окажет успокаивающее воздействие на слух, зрение и психику. таким фонтаном можно освежать воду в аквариуме. Данную модель также можно использовать на уроках физики. Актуальность исследования очевидна.   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. Подобрать, изучить и обработать различные источники информации по данному вопросу.
2. Изучить принцип действия фонтана Герона.
3. Организовать и провести эксперименты, в ходе которых установить зависимость высоты струи фонтана от различных параметров.
4. Исследовать влажность воздуха с действующим изготовленным в домашних условиях фонтаном.
5. Сделать необходимые выводы.

Практическая значимость: собрав и изучив модель фонтана, в дальнейшем на основе предложенной идеи с использованием дополнительных средств можно будет изготовить фонтан на дачном участке или в загородном доме. Зона отдыха есть в любой квартире, и, конечно же, её украшением может стать фонтан.

Для исследования мы использовали такие методы исследования как:

- изучение научно-популярной литературы;

- изучение способов изготовления фонтaна Герона в домашних условиях;

- составление списка необходимых материалов и сборка фонтана Герона;

- проведение экспериментов, в ходе которых установили зависимость высоты струи      фонтана от различных параметров;

- исследовали влажность воздуха в комнате с действующим изготовленным в домашних условиях фонтаном.

Мы планируем продолжить данную работу. В частности:

- продолжить изучение доступных способов увлажнения воздуха в помещениях;

- научиться практически применять приобретенные знания;

- донести в доступной форме интересующимся учащимся результаты нашей работы о пользе, необходимости и способах увлажнения воздуха.

II. Основная часть

1. Фонтан Герона- принцип работы.

   Чудо волшебного фонтана заключается в том, что вода из фонтана бьет 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 сaма нижняя ёмкость полностью герметична, то воздух выталкиваемой водой по герметичной трубке перeдаёт воздушное давление в среднюю чашу. Давление воздуха в средней ёмкости выталкивает воду, и фонтан начинает работать. (Приложение 1). 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. Можно подумать, что фонтан вечен, но эта мысль будет ошибочна. Так происходило бы в идеале. В действительности фонтан продолжит работать до тех пор, пока не кончится вода в верхней чаше и не наполнит нижний сосуд до краёв. Тогда нужное давление перестанет создаваться. Возобновить работу можно лишь переставив сосуды.

2. Применение фонтана Герона в жизни

   Имея обычные подручные материалы, можно без труда создать этот маленький «шедевр» (Приложение 1) 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. 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. ( Приложение 2). Данный фонтан удобно использовать дома в качестве увлажнителя воздуха для цветов. Готовая модель украшает школьный кабинет и увлажняет воздух в комнате. Работает он совершенно бесшумно и не отвлекает во время уроков. При желании таким фонтаном можно освежать воду в аквариуме.

3. Изготовление фонтана Герона

 Материалы: три герметичные трубки разной длины; три бутылки; дрель; пластилин; герметик; клеевой пистолет. ( будем условно называть цвета трубок, как они выглядят на рисунке, но все трубки у нас были одного цвета).

  Для трубочек в крышках бутылок сделали отверстия. Затем вставили в крышки бутылок зеленую и фиолетовую трубки и скрепила банки между собой, заклеив щели герметиком. Далее вставили в нужные отверстия в крышке бутылки зеленую и оранжевую трубочки. ( Приложение 3).

  Как работает наша модель: сначала мы наливаем воду в верхний сосуд. Затем она переливается в нижний сосуд. И сразу после того, как вода перелилась в нижний сосуд, мы переворачиваем наш фонтан, чтобы заполнить средний сосуд. Потом мы переворачиваем обратно наш фонтан, и чтобы фонтан заработал, нам нужно просто добавить воды в верхний сосуд, Наш фонтан Герона готов. ( Приложение 4).   Для работы такого фонтана не требуется никаких затрат! Он не потребляет электроэнергию и работает без насоса. Но время работы нашей модели фонтана составило всего 1,3 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.

4. Проведение и результаты экспериментов.

 Чтобы выяснить, от чего зависит время работы  прибора, мы провели несколько экспериментов.  В ходе работы мы брали трубки разного диаметра. Результаты исследований представлены в виде таблицы 1 и 2. (Приложение 5), (Приложение 6).

5. Исследование влажности воздуха

   Недостаточная влажность воздуха в помещении может стать причиной многих заболеваний. Бронхи человека отличаются способностью к самоочищению. Но сухой воздух снижает эту способность. В результате увеличивается восприимчивость к инфекции и различным респираторным заболеваниям. Это характерно особенно зимой, когда влажность в помещении значительно ниже нормы. Но не только человек страдает от недостаточной влажности. Некоторые влаголюбивые растения приходится ежедневно опрыскивать, накрывать влажной марлей и устанавливать вблизи них сосуды с водой. Все это достаточно хлопотно и не всегда эффективно. Для решения этих и многих других проблем и были созданы маленькие "увлажнители". 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 22%. Это очень негативно отражается на здоровье людей. Одним из способов это исправить - это использовать увлажнители, к которым можно отнести и фонтаны. Они имеют не только эстетическое значение, но и практическое.  Далее мы исследовали  влажность воздуха и доказали на практике что фонтан способен качественно увлажнять воздух

Показания снимали в течение 7 дней. Итак, влажность воздуха в среднем за эти дни составила 33%.

 Среди учащихся школы была проведено анкетирование (Приложение 8), которое показало, что сделанные нами выводы надо нести в массы!

III. Заключение

   В результате проведенной работы мы узнали, как работает фонтан Герона. Основа его работы содержит принцип действия сообщающихся сосудов, а подъём воды происходит за счёт разности высоты воды в сообщающихся сосудах. Мы изготовили модель фонтана Герона и провели несколько экспериментов по изучению свойств фонтана. Исследовав, от чего зависит высота струи фонтана, мы пришли 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.

   Удобен фонтан 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.

   Из литературы мы узнали, что фонтаны оказывают положительное воздействие практически на все органы чувств человека. Учёным удалось научно объяснить факт, почему, находясь рядом с фонтаном, человек испытывает положительные эмоции, а нередко настоящий восторг. Это брызги от фонтана привносят в воздух отрицательные ионы, благотворно влияющие на наш организм. Медики называют их витаминами здоровья.

   Мы сделали вывод, что фонтаны являются важной частью мер по созданию комфортной, экологически безопасной среды обитания человека.

IV. Список литературы

1. «История создания фонтанов», Д.Р. Бобровский
2. «Изобретения Герона», К.А. Веселов
3. «Фонтан Герона своими руками», «Я познаю мир»
4. Всемирная энциклопедия: ст. «Гейзеры, родники, артезианские колодцы»
5. Сайт о фонтанах http://fontanmira.com/news

V. Приложение

Приложение 1.

Приложение 2.

Приложение 3

Приложение 4

Приложение 5

Таблица 1. 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.

Приложение 6

Таблица 2. 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.

Приложение 7

Для определения относительной влажности воздуха в помещении мы использовали 2 термометра для воздуха. Один из них обвязали кусочком марли, погруженным в воду. Испарение воды с поверхности влажного термометра приводит к понижению его температуры. Второй же, сухой термометр, показывает обычную температуру воздуха.

Ход работы:

• Измерили температуру воздуха ртутным термометром и записали показание. Это показание сухого термометра.
• Плотно обернули головку термометра мокрой марлей, и через 1 минуту сняла показания мокрого термометра. Термометр должен быть подвешен так, чтобы его головка ни с чем не соприкасалась.
• Из первой цифры вычли вторую. По разности показаний сухого и влажного термометров определили по таблице относительную влажность воздуха.

Приложение 8

Анкетирование по ЗОЖ среди учащихся:

1. Ведёте ли вы ЗОЖ?

Да: 91%   Нет: 9%

2. Если да, то для чего?

1. Чтобы быть здоровым: 57%
2. Чтобы жить: 32%
3. Другие ответы: 11%

3. Что именно вы для этого делаете?

1. Вовремя ложусь спать: 19%
2. Питаюсь правильно и своевременно: 81%
3. Гуляю на свежем воздухе: 75%
4. Проветриваю помещение: 81%

4. Знаете ли вы, что для того, чтобы быть здоровым, в помещении, где вы проводите свое время, надо поддерживать определённую влажность воздуха?

Да, знаю: 37%   Нет, не знаю: 63%