Проект по физике " Сообщающиеся сосуды и мир фонтанов"

 1. Введение

   Тема моего исследовательского  проекта «Сообщающиеся сосуды и Мир фонтанов».

Актуальность выбранной темы состоит в том, что история возникновения и создания фонтанов началась еще в Древней Греции и продолжается по сей день. Фонтаны повсеместно встречаются в нашей жизни, они украшают площади, улицы, парки, внутренние  и внешние помещения зданий. Но мало кому известно, на каких физических законах основана работа фонтана. Я решил разобраться в этом вопросе. Своими руками собрать демонстрационную модель фонтана, которую можно потом будет использовать на уроках физики.

Цель проекта: создать и исследовать модель фонтана для демонстрации применения закона сообщающихся сосудов. 

Для этого были поставлены  следующие задачи:

·       изучить историю возникновения фонтанов

·       рассмотреть назначение и виды фонтанов;

·       изучить физические основы работы фонтана;

·       сконструировать фонтан своими руками;

·       исследовать зависимость высоты струи от уровня воды и положения резервуара.

  

 

 

 

 

 

 

 

 

Теоретическая часть

История возникновения фонтанов

В ходе этого этапа я узнал, что  слово фонтан – латино-итальянского происхождения, происходит оно от латинского «фонтис», что переводится «источник». По смыслу это означает струю воды, бьющую вверх или под напором вытекающую из трубы.

Почти вся история человечества связана с фонтанами. На заре цивилизации они не были предметом роскоши или украшения быта. Например, жители Месопотамии оборудовали садовые фонтаны и использовали их в качестве ирригационных систем. Особой славой овеяны и фонтаны Древнего Египта. Документально это подтверждено надгробной живописью. Египтяне придавали фонтанам как практическую, так и декоративную значимость.

         

Очень популярны были садовые фонтаны в древней Персии в IV тысячелетии до нашей эры, давшие пищу для творчества мастеров ковроткачества. Как персидские сады – подобие рая на Земле, так и непревзойденные персидские ковры призваны были воссоздавать 4 сущности–воду,растения,цветы,музыку.

Персидским садам и фонтанам исторически суждено было оказать заметное влияние на европейскую архитектуру.

Солдаты Рима, принимавшие участие в восточных походах, по-видимому, так ярко живописали устройство персидских садов и фонтанов, что некое их подобие вскоре появилось и в Древнем Риме.

Римляне хорошо поработали над их усовершенствованием. Из обожженной глины они изготавливали трубы, внутреннюю поверхность фонтанных чаш выкладывали плиткой, а струи уже не просто так взмывали и ниспадали, но били из пасти экзотических животных или фантастических рыб.  

В период Эпохи Возрождения фонтаны в Европе украшают собою архитектурные ансамбли. Мало того, нередко на них делается основной упор, они становятся ключевой деталью. Главенствует римский стиль. Истинной законодательницей моды в архитектуре и, в частности, в искусстве создания так называемых регулярных парков (т.е. симметричных, имеющих геометрически правильные планы)

С целыми фонтанными системами, стала Франция. Классический пример – Версаль XVII в. Фонтаны Версаля возникли в одно время с городом. Их строили, вооружившись последними научными достижениями того времени, одновременно обеспечивая изящество исполнения.  

Фонтан Сен-Мишель – любимое место встреч парижан. Это монументальное сооружение шириной в 15 метров и высотой в 26, размерами с шестиэтажный дом, к стене которого фонтан примыкает. И фонтан, и площадь, на которой он стоит, и бульвар, и набережная, и мост рядом, названы именем Архангела Михаила, победителя дьявола.

Именно версальские фонтаны подвигли Петра I на замысел Петергофа:

Забил Петродворец из всех своих фонтанов.

Воды хоть отбавляй у золотых титанов.

Им заменяют мысль, слова и поцелуи

Летящие из уст сверкающие струи.

Надо признать, что фонтаны Петергофа в чем-то превзошли свой французский прототип. В них представлено множество одно- и многоструйных фонтанов, солирующих, парных, сгруппированных в ряды, фонтанов 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.

 

Фонтаны нашего времени

Современные фонтаны многолики: одни, словно отдавая дань веку техники,   вобрали в себя сложность инженерии и конструктивизма, другие, напротив, – стремятся к естественности, дикой природе.  

Один из самых знаменитых фонтанов Америки расположен в Лас Вегасе – это фонтан «Bellagio», который дает представления каждый вечер. Именно так – на шоу, которое дает этот фонтан на берегу большого искусственного озера, съезжаются туристы со всего мира. Фонтан «танцует» под музыку известных певцов.

 

 

 

Женевский фонтан, или, как его еще называют Же д’О, сегодня считают одним из главнейших символов города, и мало кто вспоминает его историю. Сооружение было построено вовсе не с декоративной целью, а в качестве дополнительного сооружения к гидравлической фабрике — источнику энергии для производств города. Как только появилась возможность, власти Женевы приняли мудрое решение — фонтан был подвержен глобальной реконструкции, в результате чего превратился в красивейшую достопримечательность, привлекающую всех туристов, посещающих город.

Фонтан "Женевская статуя" в Швейцарии

 

 

Фонтан в городе Москва на выставке ВДНХ

 

 

Красочный световой фонтан в городе Москва  

 

 

 

 

Есть красивые фонтаны и у нас на Дальнем востоке, Так , например, Фонтан и водопад на Университетской набережной города Владивостока.

 

 

Фонтаны в городе  Хабаровск.

 

 

 

Фонтан на центральной площади города Уссурийска

 

 

 Музыкальный фонтан

 

Назначение и виды фонтанов

В знойную погоду фонтан освежает воздух и создаёт положительный психологический эффект, он очищает воздух от пыли, способствуя облегчению дыхания.

Защищает от постороннего шума, так как звуки журчащей воды приятно заглушают посторонние раздражающие звуки. Фонтан способен качественно увлажнять воздух, что хорошо сказывается на здоровье.

Естественно, фонтан – это развлечение: изменяющиеся фонтанные композиции способны развлекать человека (особенно цветомузыкальными водными шоу). Фонтаны являются превосходной забавой как для детей, так и для взрослых. И, наконец, фонтаны будучи частью ландшафтного или архитектурного дизайна служат средством привлечения внимания.

Существует несколько видов фонтанов:

Естественные (естественно образовавшиеся фонтаны, называющиеся гейзерами). 

Техногенные (батареи из множества водяных фонтанов горячей воды используются для её охлаждения на тепловых электростанциях)

Искусственные (фонтанирующая нефтяная скважина).

Декоративные (специфическое гидротехническое сооружение, как правило, выполняющее декоративную функцию).    

 

 

 

 

 

 

 

 

Практическая часть

 

Фонтан – это сообщающийся сосуд, имеющий между собой сообщение или общее дно. Устройство фонтана основано на принципе сообщающихся сосудов, известного нам из физики: в сообщающихся сосудах поверхности однородной жидкости устанавливаются на одном уровне. Воду собирают в емкость, расположенную выше бассейна фонтана. При этом давление воды на выходе из фонтана будет равно разнице высот воды.

Схема фонтана

 . Первый вопрос, который я себе задал - как это сделать, из какого материала и с помощью каких инструментов? Я предлагаю свой вариант и объяснения.

Для изготовления фонтана мне понадобились:

−      Бутылка для воды с отверстием для силиконовой трубки

−      Силиконовая трубка от медицинского набора для капельницы

−      Штатив с держателями

−      Пищевой краситель

−      Линейка

−      Пластиковая посуда

−      Пластилин

−      Клей

Использование  приборов  из подручных средств позволяет создать модель фонтана даже в домашних условиях.

После подготовки необходимых материалов была собрана демонстрационная модель фонтана, основанная на принципе сообщающихся сосудов.

 

Демонстрационная модель фонтана

Созданная мною модель была испробована с использованием воды, окрашенной пищевым красителем синего цвета. Результат проверки показал, что модель работает исправно, возникшие в ходе сборки недочеты, такие как утечка воды из резервуара были устранены.

 

Проверка модели фонтана

Мною были выполнены измерения для исследования:

−       зависимости высоты струи h от уровня воды в резервуаре H1;

−       зависимости высоты струи h от высоты резервуара  H.

Для определения зависимости высоты струи фонтана от уровня воды в резервуаре, необходимо регулярно измерять высоту струи по мере уменьшения уровня воды.

Результаты измерений зависимости h от H1

Результаты измерений зависимости H от h

Для определения зависимости высоты струи фонтана от положения резервуара относительно штатива необходимо наблюдать за максимальной высотой струи фонтана при разных значениях высоты поднятия резервуара от уровня демонстрационного стола.

В ходе выполнения работы были сделаны следующие выводы:

1. Создание фонтана на основе сообщающихся сосудов из подручных материалов возможно.

2. Высота струи фонтана прямо пропорционально   уровню воды в резервуаре: чем больше воды в резервуаре, тем выше ее струя в фонтане.

3. Высота струи фонтана зависит от расположения резервуара на штативе: чем он выше, тем давление воды сильнее и, соответственно, выше поднимается струя, причем давление воды на выходе из фонтана будет равно разнице высот воды.

Экономическая оценка проекта.

Осуществление проекта мне обошлось в 75  рубля

Наименование	Стоимость
1. Пластиковая бутылка	Имелась в наличии
2. силиконовая трубка от медицинского набора для капельницы	40 рублей
3. штатив с держателем	Имелся в наличии
4. Пищевой краситель	15 рублей
5. Линейка	Имелась в наличии
6.Клей	20 рублей
7.Пластилин	Имелся в наличии
Итого:	75 рублей

 

  Назначение и применение проекта

   В ходе выполнения проекта были решены следующие задачи:

−                  изучена история возникновения фонтанов;

−                  рассмотрены назначение и виды фонтанов;

−                  изучены физические основы работы фонтана;

−                  сконструирован фонтан;

−                  исследована зависимость высоты струи от уровня воды и высоту резервуара.

Цель проекта достигнута, мною был создан и исследован фонтан, работающий по принципу сообщающихся сосудов. Результатом проекта служит созданная мною модель фонтана, которая позволяет продемонстрировать, как применяется принцип работы сообщающихся сосудов  на практике.

Во время работы над проектом я узнал об истории развития фонтанов, рассмотрел некоторые наиболее известные фонтаны современности, классифицировал фонтаны по видам, описали их назначение. В ходе выполнения проекта я самостоятельно добывали и применяли знания, учился планировать свои действия,  узнал о практическом применении сообщающихся сосудов, тренировался производить измерения и записывать их результат.

 Созданная мною модель может применяться для демонстрации фонтана на уроках физики в 7-х классах общеобразовательной школы. А так же в 9 класса при подготовке учащихся к экзаменам.

Список использованной литературы

1.     Десять самых красивых фонтанов мира  [Электронный ресурс]. URL: https://butzananna.wordpress.com/

2.     Интернет-урок. Сообщающиеся сосуды. [Электронный ресурс]. URL: http://interneturok.ru/ru/school/physics/7-klass/bdavlenie-tverdyh-tel-zhidkostej-i-gazovb/soobschayuschiesya-sosudy

3.     История фонтанов [Электронный ресурс]. URL: http://www.mako.ru/?show_aux_page=361

4.     Трубчевск. Информационный портал  [Электронный ресурс]. URL: http://trubchevsk.pro/index.php?option=com_phocagallery&view=category&id=37:-xx-&Itemid=5

5.     Фонтан. Сообщающиеся сосуды. Схема.  [Электронный ресурс]. URL: http://vauto.pp.ua/?p=176

6.     Фонтаны: фото самых красивых фонтанов в мире  [Электронный ресурс]. URL: http://romantic-online.com/blog/8/332.html

7.     Фонтис или немного истории [Электронный ресурс]. URL: http://www.kovchegcompany.com/products/fountain/fountain-ideology/history

8.     Скачано с www.znanio.ru