Научно-исследовательская работа "Создание и изучение модели фонтана Герона" творческая работа учащихся по физике (7 класс) на тему. Творческая работа по физике "Фонтаны" (7 класс) Самодельные фонтаны по физике

Районная открытая научная конференция школьников

Секция: физика

Название работы: Создание и изучение модели фонтана Герона

2017

I. Введение 3

II. Основная часть

2.1. История и назначение фонтанов 4

2.2. Фонтан Герона 4

2.3. Создание модели фонтана, проведение и результаты экспериментов 5

III. Заключение. Выводы 7

IV. Библиографический список 9

I. 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

Конечно же, мы не всегда можем позволить себе отправиться на берег ручья или горного водопада. К сожалению, в нашем селе нет ни одного действующего фонтана! Ни в одной здании, будь то офис, кинотеатр или дворец культуры, я не встречала даже маленьких декоративных фонтанов.

Но можно самому изготовить «комнатный фонтан», который улучшит микроклимат в доме, подарит нам радость, ощущение уюта и комфорта. Движущаяся вода, которая тихонько плещется или брызжет вверх, окажет успокаивающее воздействие на слух, зрение и психику.

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. Познакомиться с историей и назначением фонтанов.
3. Изучить принцип действия фонтана Герона.
4. Организовать и провести эксперименты, в ходе которых установить зависимость высоты струи фонтана от различных параметров.
5. Сделать необходимые выводы.

Гипотеза: Я предполагаю, что изучив устройство и принцип работы фонтана Герона, я смогу собрать модель фонтана.

Объект исследования: фонтан Герона.

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

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. Такой фонтан может также украсить холл школы, офиса или больницы.

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.

II. 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 – 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 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.

2.3 Создание модели фонтана, проведение и результаты экспериментов

Изучив теорию, мне предстояло собрать модель фонтана Герона. Для этого я использовала 2 капельницы, 2 пластиковые бутылки (емкостью 1, 5 литра), пластиковую чашу из-под торта, наконечник от ручки, пластилин для создания герметичности установки и краски, чтобы подкрасить воду.

Зависимость высоты струи от уровня воды в среднем сосуде

(диаметр отверстия наконечника одинаковый во всех опытах)

№ опыта	Высота уровня воды в среднем сосуде	Высота струи фонтана
	25 см	8 см
	20 см	6 см
	11 см	4 см

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)

№ опыта	Без наконечника	Наконечник от ручки
	8 см	20 см
	4 см	12 см

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 7 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.

III. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. ВЫВОДЫ

В результате проведенной работы я узнала, 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 изготовила модель фонтана Герона и провела несколько экспериментов по изучению свойств фонтана. Исследовав, от чего зависит высота струи фонтана, я пришла 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.

Из литературы я узнала, 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. Фонтаны радуют нас прохладой, игрой своих хрустальных струй, блеском солнца в каждой капле воды, журчанием и плеском, ощущением свежести и чистоты. Этим, фонтаны благотворно влияют на душевный настрой человека, обеспечивая психологическое здоровье людей. Фонтаны, наконец, снижают количество содержащейся в воздухе пыли, повышают влажность и ионизацию воздуха, поддерживая микроклимат близлежащих территорий, предотвращая возникновения целого ряда заболеваний органов дыхания.

Я сделала вывод, что фонтаны являются важной частью мер по созданию комфортной, экологически безопасной среды обитания человека, поэтому очень хочется, чтобы и в нашем селе тоже были действующие фонтаны, которые не только дадут эстетическое наслаждение, но и благоприятно будут влиять на здоровье и самочувствие жителей и гостей нашего района!

IV. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. http://www.mirfontanov.ru/fountain_history.html - история создания фонтанов

Чтобы сделать фонтан в домашних условиях можно взять керосиновую лампу (стекло от не вернее) и выбрать пробку, которая закроет его узкий конец. Далее в этой пробке нужно будет проделать отверстие насквозь (просверлить, шилом, гвоздм). Полученное отверстие должно быть таким, чтобы в него плотно входила стеклянная трубка в форме П.

Стеклянную трубку можно согнуть над пламенем свечи или горелки. Нужно

Сам процесс по сравнению с подготовкой довольно прост. Нужно зажать пальцем трубку (е отверстие) и налить воду в стеклянный цилиндр. Вс, теперь открываете трубку и вода будет бить фонтаном до тех пор, пока уровень воды не станет равным уровню конца трубки.

Я с техникой не очень дружу, поэтому могу предложить только модель фонтана, в которой будут использоваться избыточное атмосферное давление и никакой электрики.

Для этого нужна пластиковая бутылка побольше, гибкая трубочка от кружки Эсмарха, снабженная пластиковым краном, и какой-нибудь колпачок, который следует оборудовать дырочками для более красивой струи фонтана. В идеале подошла бы старая лейка для цветов, вернее ее рассеиватель. Рассеиватель следует замаскировать камушками, декорациями, по возможности и фантазии. Снизу вставить гибкую трубку с крантиком, второй конец которой завести в емкость с водой. Емкость должна стоять на возвышении за фонтаном и потому ее лучше задрапировать под скалы или дом. Если это пластиковая банка, то лучше ее закрепить вниз горлышком, чтобы было удобно ввести трубку, но в принципе трубку можно завести и через верх, лишь бы трубка достигала дна банки, выкачать из трубки воздух, чтобы потекла вода и закрыть кран. Теперь при открытии крана вода побежит в фонтан.

Принцип такого фонтана показан на картинке:



Я тоже не очень сильна в физике, но помню, как удалось сделать самой фонтан для школьного задания. Нашла похожий способ.

Чтобы выполнить задание по физике и сделать самому фонтан, то думаю, такой способ подойдт. Сделаем фонтан сами по принципу сообщающихся сосудов из тех материалов, которые почти всегда имеются под руками.

Возьмем некоторую емкость и сделаем отверстие поближе ко дну. В отверстие вставляем пробочку(в пробочке также предварительно делаем дырочку),в пробочку вставляем шланг. Далее ставим емкость на возвышенность, а второй конец шланга опускаем ниже и закрепляем каким нибудь штативом. Наполняем емкость водой …

И важная заметка:

ЧЕМ БОЛЬШЕ БУДЕТ ДЛИНА ШЛАНГА И ВЫШЕ ЕМКОСТЬ С ВОДОЙ ТЕМ ВЫШЕ БУДЕТ ФОНТАН



Этот процесс, как сделать фонтан по принципу сообщающихся сосудов, прекрасно показан по видео:

Самый простейший фонтан действует от давления воды:



Для него надо иметь три сосуда и шланг.

На высоту более полуметра установите сосуд (на рис. А) в днище которого установлен шланг (на рис. Б), передающий воду в центр днища меньшего, но большей площади сосуда (на рис. В), установленного ниже. Неприятность в том, что придтся либо делать слив с нижнего сосуда, либо устанавливать насос, передающий воду на верхний сосуд.

Смоделировать фонтан дома совсем даже не сложно. Для этого необходимо попасть на авто разборку и купить за копейки электродвигатель — насос от обмыва лобового стекла абсолютно любой марки. В качестве форсунки будущего фонтана, также использовать форсунку от любого омывателя стекла, любого автомобиля. В качестве блока питания подойдет блок зарядки от старого мобильного телефона. 4 — 5 вольт от подобной зарядки вполне хватит для получения необходимой мощности струи фонтана. Необходимо парочку трубочек — шлангов тоже можно взять с авторазборки и емкость в которой будет находится ваша конструкция — фонтан. По одной трубочке вода всасывается, а по другой подается на форсунку.

Как смонтировать весь комплекс — уже зависит от вашей фантазии. Для кратковременной демонстрации можно взять 2 — 3 батарейки по 1.5 вольта, или одну плоскую на 4.5 вольта.

Сколько интересного вокруг нас.

Во все времена люди украшали своё жилище цветами. И у нас в доме очень много цветов, которые расставлены по подоконникам, полкам и даже стоят на полу. Они требуют много внимания: поливка, опрыскивание. Одни требуют много воды, другие – мало. Однажды я заметила, что земля в цветах очень быстро высыхает. Мама сказала, что очевидно в доме довольно сухой воздух. Я задумалась, можно ли увлажнить воздух в доме и тем самым помочь растениям?

Способы увлажнения воздуха в квартире.

Существует множество способов и устройств увлажнения воздуха. Бытовые приборы, повышающие влажность воздух в доме красивы и эффективны, но очень дорогостоящие. Есть народные методы увлажнения воздуха в помещении. Большая их часть сводится к тому, что вода должна испаряться естественным путём. Это могут быть открытые ёмкости с водой или влажная ткань. Однако, чтобы такой способ увлажнения принёс заметный результат, нужно регулярно смачивать ткань и подливать воду в ёмкости. Количество испаряемой жидкости будет небольшим, а значит необходимо развесить не один кусок ткани и поставит не одну ёмкость с водой. Стоит ли превращать комнату в выставку сосудов с водой и мокрых кусков тканей? Я предлагаю использовать для увлажнения воздуха макет фонтана Герона.

Фонтан Герона.

Ещё древние греки обратили внимание на чудо природы – родники. Они украшали родники зеленью и цветами, обкладывали камнями. Вода лилась струйкой, и было удобно наполнять ею посуду. В древнем Риме стали сооружать искусственные родники. Так появились первые фонтаны.

Древнегреческий механик Герон Александрийский создал самый остроумный по конструкции фонтан. Он состоит из трёх сосудов: верхнего, открытого А и двух шарообразных Б и В, герметически замкнутых. Сосуды соединены тремя трубками.

Когда в А есть немного воды, шар Б наполнен водой, а шар В – воздухом, фонтан начинает действовать: вода переливается по трубке из А в В, вытесняя оттуда воздух в шар Б; под давлением поступающего воздуха вода из Б устремится по трубке вверх и бьёт фонтаном над сосудом А. Когда шар Б опорожнится, фонтан перестаёт действовать.

Сборка и испытание макета фонтана Герона.

Упрощённую конструкцию фонтана Герона я попробовала создать в домашних условиях. Вместо шаров я взяла две пластиковые бутылки сосуды Б и В, из под газированной воды ёмкостью 1 литр, с двумя отверстиями в крышке и дне. Плоский сосуд А изготовила из нижней части пластиковой бутылки большей ёмкости. Вместо стеклянных трубок взяла капроновые от медицинской системы переливания растворов. Сосуд А с помощью трубки соединила с сосудом В, а сосуд В также с помощью трубки соединили с сосудом Б. Сосуд Б соединили с сосудом А, в котором сделала специальное устройство для получения струи. Все три сосуда поставила на разных уровнях друг над другом. Сосуд В заполнен воздухом, в сосуд Б залила воду, а в сосуд А налила 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.

Мой фонтан принесёт пользу домашним растениям.

Разместив конструкцию фонтана рядом с цветами, мы существенно улучшаем микроклимат, а цветы отвечают обильным цветением. Для увеличения эффективности работы фонтана можно использовать бутылки большей ёмкости и увеличить высоту струи. Когда сосуд В ниже сосуда Б на 35 см струя воды в сосуде А уменьшилась. Измерили струю линейкой – получилось 5 см. Попробовали все три сосуда поставить на одном уровне, тогда вода из сосуда Б перестала поступать в сосуд А, и струи не было.

А когда сосуд В опустили ниже сосуда Б на 60 см, образуется хорошая струя воды.

Расчёт экономических затрат на построение макета фонтана.

Данная конструкция фонтана материальных затрат не требует.

Для изготовления своего фонтана я применила использованные пластиковые бутылки и систему для переливания растворов:

1. бутылки газированного напитка емкостью 1 литр.– 3 штуки;
2. медицинская система для переливания растворов – 1 комплект.

Я не учитывала затраты на оплату труда, так как выполняла изделие не на продажу, а в подарок маме. Для мамы моя работа, я думаю, будет бесценна, а для меня счастье и гордость за то, что этот макет будет радовать глаз наших гостей и приносить пользу. Я буду очень гордиться, когда мама будет рассказывать о том, что этот макет действующего фонтана изготовила я.

Выводы и самооценка.

Фонтан можно построить в домашних условиях из подручных средств.

Для того чтобы бил фонтан нужно давление, а чтобы оно появилось должен быть перепад уровней воды.

Макет фонтана, выполненный мной, получился. Но работать было нелегко. Трудно было разработать и изготовить сам макет: проделать отверстия в бутылках и добиться хорошей струи воды. Работа над проектом заняла у меня немало времени, но я очень довольна своим результатом. И уверена, что те знания, умения и навыки, которые я приобрела, пригодятся мне в дальнейшем.

Я считаю, что с задачей, которую поставила перед собой, справилась.

Хоть трудна была задача, но пришла ко мне удача!
На вопросы отвечала, значит, много я читала.
Со спокойною душой отправляю вам доклад свой.

Список литературы

1. Большая советская энциклопедия.–М., 1977.–т. 27
2. Техника: Энциклопедия/ Оформл. Серии Л. Яковлева.– М.: ООО “РОСМЭН–ИЗДАТ”, 2000.–399с.–(Детская энциклопедия).
3. Я. И Перельман “Занимательная физика” книга 2, ТРИАДА–ЛИТЕРА Москва, 1994 год.– 117с.

Чупрова Полина Петровна,
ученица 7 класса.

Руководитель:

Чупрова Наталья Александровна,
учитель физики.

МОУ Восяховская средняя общеобразовательная школа
с. Восяхово

Уже в древности люди задумывались о том, как создать искусственные водоемы, особенно интересовала их загадка бегущей воды. Слово фонтан – латино-итальянского происхождения, происходит оно от латинского «фон тис», что переводится «источник». По смыслу это означает струю воды, бьющую вверх или под напором вытекающую из трубы.

С архитектурной точки зрения – фонтан – сооружение, которое служит основанием или ограждением для струящихся вверх и стекающих вниз струй воды. Изначально фонтаны возводились как общественный источник питьевой воды. Позднее сочетание зелёных насаждений, движущейся воды из фонтанов и архитектурных композиций стало одним из средств выполнения неповторимых художественно-образных решений в современной архитектуре.

Айвазовский Иван."Большой Петергофский дворец."

Стихи о фонтанах. У фонтана затаилось тягостное море, Брезжит свет и отмель ловит бриз. Влажный сон в долинах и на взгорьях, У фонтана строгий кипарис. У фонтана солнечно и ясно, Шарм и мифы бархатной поры, Мир земной рождается и гаснет В брызгах струй и играх мошкары. Дымные и облачные станы Водят тень у медного ручья. Я к полудню прихожу к фонтану, Где любовь, как вечная ничья… И от зноя пьяным и усталым, Дикарём в тропической пыли Небо пью губами перевала, И швыряю к югу корабли. Крым под звёздным куполом манежа, Крым в камнях, зализанных волной, В каждом отъезжающем приезжем, Взглядом породнившимся со мной. Данилюк Сергей. Остановлюсь я у фонтана. Развесит он свои ладони, Разбрызжет радость он пространно, Устроит капелек погоню. Фонтан живые брызги счастья На теле свежестью оставит, Прохладу даст среди ненастья, И жизни радугу составит. Яна Гончарук.