Подготовка работы на научно-практическую конференцию в начальной школе

Администрация Волжского района муниципального образования

«Город Саратов»

Муниципальное общеобразовательное учреждение

 «Средняя общеобразовательная школа №8

Волжского района г. Саратова»

Сообщающиеся сосуды.

Создание модели фонтана.

Работу подготовил:

ученик 4  класса

…….

Учитель начальных классов

Срибная Вера Геннадиевна

Саратов

2025

Содержание

                                                                                                        стр

Введение                                                                                                  3

Глава 1.1 Сообщающиеся сосуды                                                            4

           1.2 История возникновения фонтанов                                          5

           1.3 Откуда возникла идея с фонтанами Петергофа                       6

           1.4 Выбор места под строительство фонтанов                              7

           1.5 Строительство фонтанов                                                         8

Глава 2. Практическая часть.

               Изготовление фонтана Герона                                                  9       

Заключение                                                                                              11                                                                                                                                                                                        

Список литературы                                                                                 12                                                                                         

Приложение                                                                                             13

Введение

На уроке окружающего мира  я узнал об удивительных фонтанах Петергофа. Их уникальная гидротехническая система работает от естественного потока воды. Более 140 фонтанов бьют струями одновременно  без искусственной подкачки. Такого нет нигде в мире. Меня очень заинтересовал этот вопрос.  Наш учитель Вера Геннадиевна  сказала, что в работе фонтанов лежит принцип соообщающихся сосудов, что благодаря естественному перепаду высот составляющему на Ижорской возвышенности в районе Ропши более 100 метров, вода в фонтанах без единого насоса под огромным гидростатическим напором сама взлетает ввысь. 

Я поставил себе цель: узнать что лежит в основе самотечных фонтанов,  почему Петергоф стал местом их воплощения и попробовать самому сделать модель фонтана.  

Я составил план исследования и определил задачи:

·        изучить литературу по данной теме;

·        узнать, что такое сообщающиеся сосуды и провести опыты с ними;

·        выяснить, используется ли свойство сообщающихся сосудов в устройстве фонтанов;

·        узнать историю возникновения фонтанов Петергофа;

·        сделать модель фонтана своими руками.

Глава 1.1 Сообщающиеся сосуды

Из учебника «Физика» за 7 класс я узнал, что сосуды соединенные между собой, жидкость в которых может свободно перетекать, имеющие общее дно, называются сообщающимися. В соответствии с законом Паскаля, жидкость передаёт оказываемое на неё давление во всех направлениях одинаково. В открытых сосудах, атмосферное давление над каждым из них одинаково, значит, и давление жидкости на стенки сосудов будет одинаковым на любом уровне. Так как давление жидкости прямо пропорционально её плотности и глубине, в случае одинаковой жидкости в сообщающихся сосудах на одинаковой глубине будет одинаковое давление, что и объясняет выравнивание уровней жидкости в них [5].

Мы с Верой Геннадиевной  взяли  сообщающиеся сосуды, заполнили подкрашенной водой один из них, и действительно уровень жидкости во всех сосудах вне зависимости от формы и размера уравновесился. Приложение (фото 1,2) В этом и заключается первое и основное свойство сообщающихся сосудов: в открытых сообщающихся сосудах уровни одинаковой жидкости будут одинаковыми.

Потом в два сосуда, очень аккуратно, чтобы жидкости не смешивались,  мы налили подкрашенный спирт, и увидели, что теперь верхние уровни каждой жидкости в сосудах незначительно, но отличались. Уровень спирта  был выше уровня воды. Заглянув в таблицу плотности жидкостей мы узнали, что плотность спирта меньше плотности воды, а уровень, наоборот, выше. Из этого эксперимента мы сделали вывод – если в открытых сообщающихся сосудах налиты две разные жидкости, то уровень будет выше у той, чья плотность меньше. Приложение (фото 3, 4) 

 Изучив материалы  учебного сайта [7] , я узнал, что благодаря своим свойствам, сообщающиеся сосуды нашли широкое применение в различных технических и бытовых устройствах.

Например:

·         в измерителях  плотности;

·        жидкостных манометрах;

·        в определителях уровня жидкости (водомерное стекло);

·        в домкратах;

·        гидравлических прессах;

·        шлюзах;

·        фонтанах;

·        водопроводных башнях;

·        в чайнике и лейке.

Глава 1.2 История возникновения фонтанов

В словаре С.И. Ожегова дается такое определенте фонтана –1. струя жидкости, газа, выбрасываемая вверх из трубы или отверстия силой давления; 2. сооружение для подачи и выбрасывания воды под напором; архитектурное, художественное обрамление такого сооружения. [4]  

 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. Изначально они строились в месте источника, родника, горного потока.

 На помощь к природным источникам пришли насосы и вместо подземных ключей забили фонтаны. Наибольший рассвет ландшафтно-паркового искусства был достигнут во Франции в 17 веке, его венцом стал Версаль – король регулярных парков, ставший основой для создания подобных дворцово-парковых ансамблей во всем мире. Именно версальские фонтаны подвигли Петра I на замысел Петергофа.

Фонтаны Петергофа в чем-то превзошли свой французский прототип. Это грандиозный музей фонтанного искусства XVIII-XIX вв. В нем представлено множество одноструйных и многоструйных фонтанов: солирующих, парных, сгруппированных в ряды. Есть фонтаны 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 [1].

Глава 1.3 Откуда возникла идея с фонтанами Петергофа

 В книге  «От реки Коваши до Самсоновской чаши» рассказано, что в одну из своих заграничных поездок, император Пётр I посетил Версаль.  Он был восхищён тем, что там одновременно работало 1400 фонтанов. Но пытливый ум Петра впоследствии раскусил французскую хитрость. Из всех фонтанов, одновременно могло работать только 14. И, как оказалось, даже эти 14 включались попеременно. Обычно на таких экскурсиях для высокопоставленных лиц к каждому участку был приставлен человек, который следил где находится группа. Фонтаны включались только там, куда подходила группа и постепенно отключались в тех местах, куда уже не доходил взор публики. Таким образом напора вполне хватало, чтобы "пустить пыль в глаза" и создать впечатление, что работают сразу все фонтаны. Кроме этого, фонтаны в Версале не могли работать долго. От силы несколько часов. Потом нужно было насосами подкачивать воду в водохранилище.

Скорее всего, Пётр I к тому времени уже знал о многих премудростях версальских фонтанов и во время своего второго заграничного турне посетил Версаль целенаправленно, чтобы перенять опыт. Пётр поставил задачу сделать  не меньше 140 одновременно работающих фонтанов. И чтобы они работали  долго за счёт естественной подачи воды [6].

Глава 1.4. Выбор места под строительство фонтанов

         Сначала для строительства была выбрана Стрельна. Плотина и гидротехнические сооружения сохранились до сегодняшних дней. Приложение (фото5.)  Русский Версаль должны были построить на месте Константиновского дворца, находящийся на другой стороне Санкт-Петербургского шоссе за плотиной. Проделали огромную работу по углублению пруда, свели к плотине три речки. Но в итоге мощности хватило на 2-4 фонтана. Чтобы работало 14 фонтанов, нужно было углубить водохранилище и расширить его на 5 километров вдоль и 10 поперёк. А представляете какие работы потребовались бы для 140 фонтанов [6].

В итоге затею эту бросили. И вот тогда после долгих раздумий лично Пётр нашел место протяженностью 23 километра от Ропшинских высот до Петергофа. Место идеально подходило для такого строительства, так как перепад высот составлял окло 100 метров.  Схема водоподводящей системы Фонтанов Петергофа Приложение (фото 7.)

Но не смотря на удачное место, требовались сложные технические расчеты и тяжелейшие для того времени строительные работы. Так как в России не было специалистов, были приглашены иностранные инженеры. Возникновение паркового ансамбля в Петергофе с множеством его фонтанов связано с именем гидроинженера Жана-Батиста Леблона — французского архитектора, именно он сделал расчеты, из которых стала очевидна невозможность создания «фонтанного чуда» в Стрельне и именно он  предложил использовать для этого Петергоф. А ещё нужно было организовать сложнейшие для того времени работы. Лопатами прокопать 23 километра длинной и 3 метра глубиной по глинистой почве и в условиях питерского климата.

Желающих работать в таких тяжелых условиях было немного. Возглавил строительство 23-х летний Василий Туволков - волевой и энергичный человек. Пётр вместе с ним ездил в Европу обучаться фонтанному делу, где они пробыли 6 лет.

Глава 1.5 Строительство фонтанов

Строительство фонтанов в Петергофе началось в 1720 году и Пётр поставил задачу запустить первую очередь к 1721 году. Так и было сделано. Несмотря на то, что было построено далеко не всё, иностранные гости были на грани шока. Они не могли поверить, что такое может быть построено в медвежей России. Некоторые из них остались здесь на ночь, чтобы успокоить своё самолюбие и дождаться пока закончится вода. Но вода не заканчивалась и никаких подвохов, как в Версале, не обнаружилось.

Окончательно фонтаны были запущены в 1723 году. Однако сегодняшний парадный вид Петергоф приобрёл постепенно. Каждый император доделывал и вносил что-то своё в это петровское чудо, но система фонтанов, построенная 300 лет назад работает до сих пор на тех же принципах, все теже каналы и водохранилища. Никаких насосов. Даже трубы, ведущие к Самсону стоят ещё с Екатерины II.

56 километров каналов, по которым поступает вода самотеком, 140 гидросооружений, более 140 фонтанов — фонтанная система признана всемирным наследием Юнеско.

Глава 2

Практическая работа

В энциклопедии я узнал, что фонтаны обязаны своим существованием знаменитому греческому механику Герону Александрийскому, жившему в I веке н.э. Приложение (рисунок 1.) Именно Герон прямо указал на то, что расход, или норма распределяемой воды зависит от ее уровня в водохранилище, от поперечного сечения канала и скорости воды в нем. Придуманный Героном прибор служит одним из образцов знаний в древности (за 20 лет до Р.Х.) в области гидростатики и аэродинамики. Многие из его работ, содержащиеся в Александрийской библиотеке безвозвратно утеряны [3].

  Классический фонтан Герона - это три ёмкости с водой, расположенные одна над другой и соединённые тремя трубочками, как показано на схеме Приложение (рисунок 2) .

Мы с папой решили собрать простую модель фонтана Герона из трёх пластиковых бутылок. В каждой крышке сдели по два отверстия для трубок. Все соединения  герметично заделали клеем, иначе фонтан не будет работать. Одну из пробок  мы приклеили  клеевым пистолетом к донышку бутылки. Папа сверлом сделал два отверстия в крышке и в бутылке, затем мы вставили туда две трубочки в соответствии со схемой и подобрали  их длину.  Места проходов трубочек сквозь пробки тоже загерметизировали клеем и собрали конструкцию. Приложение (фото 8,9,10,11,12, )

 В нижнюю бутылку мы налили подкрашенную  для лучшей видимости воду, плотно завернули крышки и перевернули систему бутылок.

Жидкость из нижней бутылки перетекла в среднюю. Для запуска фонтана в верхнюю часть мы налили немного воды.  Сначала пошли пузырьки воздуха, которые выходили из  трубок системы и вдруг из верхней трубочки забил небольшой фонтан. Я не верил своим глазам. Приложение (фото 13.)

По мере расхода жидкости из средней бутылки высота фонтана уменьшалась, когда вода закончилась в верхней и средней емкостях фонтан остановился.

Так как же работает это чудо.

Папа мне объяснил, что вода из верхней емкости начинает поступать по длинной трубочке в нижнюю емкость увеличивая в ней давление на величину высоты водяного столба от верхней емкости до нижней. Это давление по второй красной трубочке передается в среднюю ёмкость и оказывает давление на воду, которая начинает подниматься по третьей  трубочке и струиться вверх в виде фонтана. Теоретически давление создаваемое столбиком воды при помощи длинной трубки сможет поднимать воду на высоту равную расстоянию от поверхности воды  в верхней ёмкости до уровня воды в нижней емкости по принципу соединяющихся сосудов, но на пути подъёма воды встречается воздушный промежуток, образованный второй трубкой и равной разницей уровней  поверхности воды в среднем и нижнем сосудах. В нем нет воды, а следовательно на этом участке экономится давление, равное весу воды. Замененной воздухом и именно на такую высоту теоретически и должен бить фонтан над верхней ёмкостью, но трение жидкостей, движущихся в трубках и вес воздуха во второй трубке уменьшают реальную высоту фонтана, бьющего из третьей трубки. Как оказалось всё просто, никакого нарушения законов физики и никакого вечного двигателя, ведь фонтан работает только до тех пор пока не кончится жидкость в среднем сосуде, а дальше требуется перезарядка т.е. нужно добавить в фонтан дополнительную энергию необходимую для работы.

Заключение

 В результате своей работы я выяснил:

1.     сосуды, между которыми может свободно перетекать жидкость, называются сообщающимися;

2.     в открытых сообщающихся сосудах любой формы и сечения поверхности однородной жидкости уравновешиваются, а если в сосудах находятся жидкости с разной плотностью, то уровни жидкости будут разными;.

3.     чайник, лейка, фонтан, водопровод, водомерные трубки в ёмкостях с водой или топливом, шлюзы —  это примеры сообщающихся сосудов;

4.     идея постройки самотечных фонтанов принадлежала императору Петру I.

 Я с папой смог сделать модель фонтана Герона, в котором вода из чаши опускается и создает давление в нижнем сосуде, где вытесняет воздух, который, в свою очередь, создает избыточное давление в среднем сосуде и вода стремится наверх через трубку, образуя фонтан.

Список литературы

1. Архипов Н. И., Раскин А. Г. Петродворец. Л.-М.: Искусство, 1961. 331 с.

2. Гущин В. А. История Петергофа и его жителей. Книга V: Парки Петергофа. СПб.: Нестор-История, 2016. 252 с.

3. Детская энциклопедия. Вещество и энергия. 3 том; Просвещение, Москва.1966, с. 543

4. Ожегов С.И., Шведова Н.Ю.Толковый словар русского языка; Азбуковник, 1999, 937с.

5. Перышкин И.М., Иванов А.И.Физика. 7 класс. Учебник: Просвещение.

6. А.Л. Потравнов, Т.Ю. Хмельник "От реки Коваши до Самсоновской чаши. История водоподводящей системы фонтанов Петергофа"; Аврора, 2019.

7. https://foxford.ru/wiki/fizika/soobschayuschiesya-sosudy?srsltid=AfmBOooxUotMFdT9DXS2mqjVWYKBvveOO6LDFA5KldVxYHf5fhiSZkkW&utm_referrer=https%3A%2F%2Fwww.google.com%2F

8. https://www.ilovegreece.ru/about-greece/entertaining-greece/famous-greeks/hero-or-heron-of-alexandria

Приложение

Фото 1.                                                                         Фото 2.

Фото 3.                                                               Фото 4.

 Фото 5. Плотина у Орловского пруда   Фото 6. Большой каскад, Петергоф

.

Фото 7. Схема водоподводящей системы

Фонтанов Петергофа

Рисунок 1. Герон Александрийский       Рисунок 2. Схема фонтана Герона 

Фото 8.                                                                         Фото 9.

Фото  10.                                Фото 11.                                          Фото 12.

Фото 13.

Скачано с www.znanio.ru