Фонтани презентації з фізики. Дослідницька робота «Залежність висоти струменя фонтану від фізичних параметрів
Слайд 2
Весна! Настає чудовий час тепла, цвітіння та яскравих фарб після зимової «сплячки», «прокидаються» фонтани, тисячі водяних струменів урочисто салютують світанку природи. Минулого року я проводила дослідження на цю ж тему, а цього року вирішила продовжити її. Бо в мене виникло багато запитань: де з'явилися перші фонтани? Які види фонтанів бувають? Чи можна зробити фонтан самої?
Слайд 3
Я вирішила провести дослідження на тему «Водяна феєрія: фонтани»
Мета дослідження: 1. Розширити область особистих знань на тему «Повідомляючі судини» (у тому числі історичного та політехнічного характеру;) 2. Використовувати отримані знання для виконання творчих завдань; 3. Підібрати завдання на тему «Тиск у рідинах та газах. Сполучені судини». Досягнення поставленої мети мені необхідно вирішити такі: 1. Вивчити історію створення фонтанів; 2. Розібратися у пристрої та принципі дії фонтанів; 3. Ознайомитись із тиском як рушійною силою роботи фонтанів; 4. Зробити найпростіші моделі фонтанів, що діють; 5. Створити презентацію «Водна феєрія: фонтани».
Слайд 4
Історія створення фонтанів
Фонтан (від іт. Fontana - від лат. Fontis - Джерело) - струмінь рідини або газу, що викидається під тиском (словник іноземних слів. - М.: Російська мова, 1990). Вперше фонтани з'явилися в Стародавній Греції. Сім століть люди будували фонтани за принципом сполучених судин. З початку 17 століття фонтани стали приводити в дію за допомогою механічних насосів, які поступово замінили парові установки, а потім електричні насоси.
Слайд 5
Фонтан Герона
Фонтани зобов'язані своїм існуванням знаменитому грецькому механіку Герону Олександрійському, котрий жив у I –II ст. н. е. Саме Герон прямо вказав на те, що витрата, або норма води, що розподіляється, залежить від її рівня у водосховищі, від поперечного перерізу каналу і швидкості води в ньому. Придуманий Героном прилад, служить одним із зразків знань у давнину (за 200 років до Р. X.) у галузі гідростатики та аеростатики.
Слайд 6
Давлення
Щоб охарактеризувати розподіл сил тиску незалежно від розмірів поверхні, яку вони діють, вводять поняття тиску. р = F/S. Наллємо воду в посудину, в бічній стінці якої зроблені однакові отвори. Ми побачимо, що нижній струмінь витікає на більшу відстань, верхній – на меншу. Це означає, що у нижній частині судини тиск більший, ніж у верхній частині.
Слайд 7
Принцип дії сполучених судин.
Тиск на вільних поверхнях рідини в судинах те саме; воно дорівнює атмосферному тиску. Таким чином, всі вільні поверхні належать до однієї і тієї ж поверхні рівня і, отже, повинні знаходитися в одній горизонтальній площині. Принцип дії сполучених судин лежить в основі роботи фонтанів.
Слайд 8
Технічний пристрій фонтанів
Фонтани бувають водометні, каскадні, механічні, фонтани-жартівники (наприклад, у Петергофі), різної висоти, форми і кожен має свою назву. Раніше всі фонтани були прямоточними, тобто працювали безпосередньо від водопроводу, зараз застосовується «оборотне» водопостачання з використанням потужних насосів. Струменяться фонтани теж по-різному: динамічними струменями (можуть змінювати висоту) і статичними струменями (струмінь на одному рівні).
Слайд 9
Модель фонтану
Використовуючи властивості сполучених судин, можна побудувати модель фонтану. Для цього необхідні резервуар з водою, широка банка 1, гумова або скляна трубка 2, басейн з бляшаної низької банки 3.
Слайд 10
Слайд 11
Як висота струменя залежить від діаметра отвору та висоти підняття резервуара?
Слайд 12
Дія різних моделей фонтанів
Спрощена модель фонтану Герона Саморобний фонтан Геронов
Слайд 13
Слайд 14
Фонтан при нагріванні повітря у колбі
При нагріванні води в першій колбі утворюється пара, яка створює надлишковий тиск у другій посудині, витісняючи воду.
Слайд 15
Оцтовий фонтан
Колбу на ¾ заповнити столовим оцтом, кинути в нього кілька шматочків крейди, швидко закупорити пробкою зі скляною трубкою, що вставлена в неї. З трубки заб'є фонтан
Слайд 16
З а к л ю ч е н ня
У ході роботи я відповіла на запитання: що є рушійною силою роботи фонтанів і, використовуючи отримані знання, змогла створити різні моделі фонтанів, що діють, створила презентацію «Водна феєрія: фонтани». Виконання роботи включало такі елементи: Вивчення спеціальної літератури на тему дослідження. Уточнення завдань досвіду. Підготовка необхідного обладнання та матеріалів. Підготовка об'єкта дослідження. Аналіз одержаних результатів. З'ясування значення одержаних результатів для практики. З'ясування можливих шляхів застосування одержаних результатів практично.
Слайд 17
Летять алмазні фонтани З веселим шумом до хмар, Під ними блищать боввани... Дроблячись про мармурові перешкоди, Перлиною, вогненною дугою Валяться, хлюпають водоспади. А.С.Пушкін Теоретична підготовка до досвіду та аналіз отриманих результатів зажадали від мене комплексу знань з фізики, математики, технічного конструювання. Це відіграло велику роль у підвищенні моєї освітньої підготовки.
Переглянути всі слайди
Виконали учні 7 класів
Мокаєв Алім, Туменов Аміран, Бозієв Іслам, Оракова Маргарита
Ціль: розглянути дію закону сполучених судин з прикладу роботи циркуляційних фонтанів.
Завдання:
1. Вивчити матеріал про фонтани: їх види та принципи дії.
2. Сформулювати макет циркуляційного фонтану
3. Створити скарбничку фонтанів міста Нальчик.
4. Проаналізувати отриману інформацію та зробити висновки про влаштування та принцип роботи фонтанів.
Методи:
Вивчення літературних та інших інформаційних джерел, проведення експериментів, аналіз інформації та результатів.
Актуальність проблеми
Дія води на людину можна назвати справді магічною. Журчання фонтану знімає стрес, заспокоює і змушує забути про тривоги.
Тепер ідеї мистецтва отримали нове втілення – поєднавши задуми архітекторів, художників та фахівців високотехнічних областей .
Пристрій фонтану заснований на принципі сполучених судин відомого нам з фізики: У сполучених судинах будь-якої форми та перерізу поверхні однорідної рідини встановлюються на одному рівні .
Воду збирають у ємність розташовану вище за басейн фонтану. При цьому тиск води на виході з фонтану дорівнюватиме різниці висот води H1. Відповідно чим більше різниця цих висот, тим сильніший тиск і вищий б'є струмінь фонтану. Також на висоту струменя фонтану впливає діаметр вихідного отвору фонтану. Чим менше, тим вище б'є фонтан.
Циркуляційний фонтан
У циркуляційних фонтанах вода біжить замкненим колом. Основний резервуар вони розташовані внизу. Вода з резервуару піднімається вище за шлангом за допомогою помпи. Шланг проходить усередині та не помітний зовні. Фонтани, що базуються на принципі циркуляції, не вимагають подачі до них води. Достатньо залити воду один раз, а потім уже доливати в міру її випаровування.
Природні фонтани
гейзери, джерела та
артезіанські води
Штучні фонтани:
вуличні, ландшафтні, інтер'єрні
Фонтан у СПА-готелі
«Сіндіка»
Фонтан перед Державною кіноконцертною залою
Фонтан біля кінотеатру
«Схід»
Фонтан на проспекті Шогенцукова
Фонтан на площі 400-річчя возз'єднання з Росією
10 найдивовижніших фонтанів світу
Фонтан «Місячна веселка» (Сеул) – найдовший фонтан на мосту
2. Фонтан короля Фахда (Джидда) –
найвищий
3. Фонтанний комплекс Dubai Fountain (Дубай) – найбільший і найдорожчий
4. Фонтан Корона (Чикаго)
найбільший міжнародний
5. Фонтани Петергофа (Санкт-Петербург) – найрозкішніші
6. Фонтан багатства (Сінгапур) – фонтан, побудований за фен-шуй
7. Фонтан Bellagio (Лас-Вегас) – найзнаменитіший танцювальний фонтан Америки
8. Парі фонтани (Осака)
- найповітряніші
9. Ртутний фонтан (Барселона)
- найотруйніший
Експериментальна частина роботи
Зробити фонтан – це проблема, або завдання, яке необхідно вирішити. Звичайно, проблеми з розробки виникли відразу.
Гіпотеза:
- Спробувати для виготовлення фонтану використовувати те, що в судинах однорідна рідина знаходиться на одному рівні
- Якщо фонтан буде працювати, з'ясувати, чи залежить висота фонтана від діаметра трубки
Результати роботи:
Ми хочемо представити вашій увазі циркуляційні фонтани.
Проведені дослідження: "Перевірка залежності висоти стовпа фонтану від діаметра трубки"
Висновок:
Висота фонтану залежить від діаметра трубки. Чим менший діаметр трубки, тим вищий стовп фонтану.
Висновки:
1.У всіх фонтанах використовуються сполучені судини
2. У сполучених судинах однорідна рідина прагне опинитися на одному рівні
3. Фонтан б'є за рахунок різниці висот води в сполучених судинах
4. Відмінність фонтанів – у способі подачі води в основний резервуар
Отримані результати:
- Скарбничка фонтанів міста Нальчика
2. Зроблені своїми руками циркуляційні фонтани
"Водне середовище" - Воду шукайте там, де росте рогіз. Мешканці водного середовища. Тема уроку: Водне середовище. Питання для повторення: Камиш озерний. Порівняння умов життя різних середовищах. Рогоз вузьколистий. Сьогодні ми дізнаємось:
«Біогеоценоз ставка» - Минь. Біоценоз прісної водойми. Птахи живуть на поверхні. Біогеоценоз ставка. Гетеротрофні організми. Види, що мешкають на поверхні. Населення водойми. Сонячне світло. Біотичні фактори. Автотрофні організми.
«Рослинні спільноти» - Клементс мріяв перетворити екологію на справжню науку. Олександр Миколайович Формозов (1899 – 1973). З "новою ботанікою" в принципі могла б добре поєднується екологічна географія рослин ... У 1933 Браун-Бланке публікує "Prodrome des Groupements Vegetaux" (Продромус). Весь акцент робиться на флористичний підхід до екологічних по суті завдань.
"Абіотичні фактори" - Рослини: посухостійкі - вологолюбні та водні Тварини: водні - води достатньо в їжі. Є адаптації. Температура. Абіотичні фактори середовища. Вологість. Теплокровні організми (птахи та ссавці). Холоднокровні організми (безхребетні та багато хребетних). Оптимальний температурний режим для організмів від 15 до 30 градусів Однак, ….
Як утриматися на поверхні води? Витягнуте, обтічне тіло. Спільнота товщі води. Летюча риба. Плоске, як пліт, тіло. Мають вирости, щетинки. "Матроси". Весь світовий океан – єдина екологічна система. В океані: Співтовариство поверхні води. М'язи. Португальський кораблик та вітрильник. Глибоководне співтовариство.
«Навколишнє середовище біологія» - Аеробіонти. Кількість О2 Кількість Н2О Коливання t Освітленість Щільність. Помістіть у відповідне місце проживання тварин або рослини із запропонованого списку. Вивчення різних довкілля організмів. Ернст Геккель. Стенобіонти. Організмове середовище. Наземно-повітряне середовище. умова довкілля, що впливає на організм.
"Залежність висоти струменя фонтану від фізичних параметрів"
м. Чорногорк – 2014 р.
МБОУ «Ліцей»
Вступ
Мета дослідження
Гіпотеза
Завдання дослідження
Методи дослідження
I. Теоретична частина
1. Історія створення фонтанів
2.Фонтани в Хакасії
3. Історія появи фонтану в Петербурзі
4. Тиск як рушійна сила роботи фонтанів:
4.1 Сили тиску рідини
4.2 Тиск
4.3 Принцип дії сполучених судин
4.4 Технічний пристрій фонтанів
II. Практична частина
1.Дія різних моделей фонтанів.
1.1 Фонтан у порожнечі.
1.2 Фонтан Герона.
2. Модель фонтану
III. Висновок
IV. Список літератури
V. додаток
ВСТУП
Фонтани – це неодмінна декорація традиційного регулярного парку. Про їхню красу добре сказав А.С.Пушкін:
Летять алмазні фонтани
З веселим шумом до хмар,
Під ними блищать боввани...
Дроблячи про мармурові перепони,
Перлиною, вогненною дугою
Валяться, хлюпають водоспади.
Ми часто милуємось красою фонтанів у нашій столиці м. Абакані. Кожен новий фонтан. Це нова чарівна казка, новий казковий куточок, куди прагнуть жителі міста Ми з дідусем довго спостерігали, як будувався фонтан у нашому парку. Я запитала дідуся, а чи можна зробити фонтан у домашніх умовах. Виникла проблема. Разом почали думати, як вирішити цю проблему. Коли нас посвячували в ліцеїсти, я вперше побачила фонтан у лабораторних умовах.
Я дуже задумалася, як і чому працює фонтан. Попросила свою вчителя фізики, щоб вона мені допомогла розібратися в цьому. Ми вирішили відповісти на це питання провести дослідження.
Вибрана мною тема цікава та актуальна в даний час.Оскільки фонтани, є одним з основних предметів ландшафтного дизайну паркової зони, джерелом води в спекотну літню пору, а кожен куточок міста стає більш красивим і затишним за допомогою фонтану.
МЕТА ДОСЛІДЖЕННЯ:З'ясувати, як і чому працює фонтан, та від яких фізичних параметрів залежить висота струменя у фонтані.
Гіпотизу:Я припускаю, що фонтан можна створити на основі властивостей сполучених судин і висота струменя у фонтані залежить від взаємного розташування цих сполучених судин.
ЗАВДАННЯ ДОСЛІДЖЕННЯ:
Поповнити свої знання на тему «Посудини».
Використовувати отримані знання для виконання творчих завдань.
МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ:
Теоретичний – вивчення першоджерел.
Лабораторний – проведення експерименту.
Аналітичний – аналіз одержаних результатів.
Синтез – узагальнення матеріалів теорії та отриманих результатів. Створення моделі.
1.ІСТОРІЯ СТВОРЕННЯ ФОНТАНІВ
Кажуть, є три речі, на які можна дивитися безкінечно – вогонь, вода та зірки. Споглядання води – чи то таємнича глибина рівної гладі, чи прозорі струмені, що приливаються і поспішають кудись, як живі – не тільки приємно для душі та благотворно для здоров'я. Є в цьому щось первісне, чому людина завжди прагне води. Недаремно діти можуть годинами грати навіть у звичайної дощової калюжі. Повітря біля водойми завжди чисте, свіже і прохолодне. Та й недаремно кажуть, що вода – «очищає», «омиває», не лише тіло, а й душу.
Напевно, кожен помічав, наскільки легше дихати біля води, як зникають втома і роздратування, як бадьорить і водночас утихомирює перебування поблизу моря, річки, озера чи ставка. Вже в давнину люди замислювалися про те, як створити штучні водойми, особливо цікавила їх загадка води, що біжить.
Слово фонтан - латино-італійського походження, походить воно від латинського "фонтіс", що перекладається "джерело". За змістом це означає струмінь води, що б'є вгору або під натиском, що витікає з труби. Є водні фонтаниприродного походження – джерела, що фонтанують невеликими струменями. Саме такі природні джерела привертали увагу людини з найдавніших часів і змушували замислитись, як використовувати це явище там, де це необхідно людям. Ще на зорі століть зодчі намагалися обрамити потік води з фонтану декоративним каменем, створити неповторний візерунок з водяних струменів. Особливо широкого поширення набули невеликі фонтани тоді, коли люди навчилися ховати водні струмені в труби з обпаленої глини або з бетону (винахід стародавніх римлян). Вже у Стародавній Греції будь-які фонтани стали атрибутом майже кожного міста. Викладені мармуром, з мозаїчним дном, вони поєднувалися то з водяним годинником, то з водяним органом, то з ляльковим театром, де фігурки рухалися під впливом струменів. Історики описують фонтани з механічними птахами, які весело співали та
замовкли, коли раптово з'являлася сова. Подальший розвиток
будівництво фонтанів отримало Стародавньому Римі. Тут з'явилися перші дешеві труби - їх робили зі свинцю, якого залишалося багато після переробки срібної руди. У першому столітті нашої ери, в Римі завдяки пристрасті населення до фонтанів на одного мешканця витрачалося 1300 літрів води на день. З цього часу в будинку кожного заможного римлянина влаштовувався невеликий дворик та басейн, у центрі ландшафту обов'язково бив невеликий фонтан. Цей фонтанчик грав роль джерела питної води та джерела прохолоди у спекотні дні. Розвитку фонтанів сприяло винаходу давньогрецькими механіками закону сполучених судин, використовуючи який, патриції влаштовували фонтани у дворах своїх будинків. Декоративні фонтани стародавніх можна назвати прототипом сучасних фонтанів. Надалі фонтани еволюціонували від джерела питної води та прохолоди до декоративної прикраси величних архітектурних ансамблів. Якщо Середні віки фонтани служили лише джерелом водопостачання, то з початком Епохи Відродження фонтани стають частиною архітектурного ансамблю, або навіть його ключовим елементом.(Див. дод. 1)
2.Фонтани в Хакасії
У хакаській столиці, в місті Абакан, збудували унікальний фонтан на малій водоймі парку. Справа в тому, що фонтан – плаваючий. Він складається з насоса, поплавця, підсвічування та фонтанної насадки. Новий фонтан цікавий тим, що його легко монтувати та демонтувати, його можна встановити у будь-якому місці у водоймі. Висота струменя становить три з половиною метри. Цікавою особливістюКонструкцій фонтану є наявність різних водяних картин. Цей фонтан у літній час працює цілодобово. (Див. дод. 2)
Зведення фонтану завершено біля адміністрації міста Абакана.
Вода тут не піднімається нагору, а
спускається по кубічних конструкціях вниз, у вазони з водяними
рослинами. Чаша фонтану викладена природним кам'яним плитняком. Проект розроблено абаканськими архітекторами. Кубічні конструкції стилізовані під архітектуру будівлі містобудівного департаменту. (Див. дод. 3)
3.Історія появи фонтану у Петербурзі.
Розташування міст по берегах річок, велика кількість природних водних басейнів, високий рівеньґрунтових вод і рівнинний рельєф місцевості - все це не сприяло будівництву фонтанів у Росії в середні віки. Води було багато, отримувати її було легко. Перші фонтани пов'язують із ім'ям Петра I.
У 1713г, архітектор Лебдон запропонував спорудити фонтани в Петергофі і забезпечити їх «гральними водами, бо парки зело нудними
здаються». Ансамбль парків, палаців та фонтанів Петергофа виникає у першій чверті XVIII ст. як своєрідний тріумфальний пам'ятник на честь успішного завершення боротьби Росії за вихід до Балтійському морю(144 фонтани, 3 каскади). Початок будівництва датується 171 р.
Французький майстер пропонував "будувати водозабірні споруди, як у Версалі, - піднімаючи воду з Фінської затоки. Це, з одного боку, вимагало б зведення насосних споруд, а з іншого - дорожчих, ніж призначених для використання прісної води. Ось чому в 1720 р. Петро сам вирушив в експедицію по околицях, і в 20 км від Петергофа, на так званих Ропшинських висотах виявив великі запаси джерельних та підземних вод. Будівництво водоводу було доручено першому російському інженеру-гідравліку Василю Туволкову.
Принцип дії фонтанів Петергофа простий: вода на форсунки водойм йде самопливом. Тут використовується закон сполучених судин: ставки (водосховища) розташовані значно вище території парку. Наприклад, Рожевопавільйонний ставок, звідки бере початок Самсонівський водовід, знаходиться на висоті 22м над рівнем затоки. Резервуаром води для Великого каскаду є 5 фонтанів Верхнього саду.
Тепер кілька слів про фонтан «Самсон» - головне серед усіх фонтанів Петергофа за висотою та потужністю струменя. Монумент був споруджений в 173 р. на честь 25-річного ювілею Полтавської баталії, що вирішила результат Північної війни на користь Росії. Він зображує біблійного богатиря Самсона (битва відбулася 28 червня 1709 р., у день святого Самсона, що вважався небесним покровителем російського воїнства), що роздирає пащу леву (державний герб Швеції включає зображення лева). Автор фонтану - К, Растреллі. Робота фонтану наголошується на цікавому ефекті; коли включаються фонтани Петергофа, з'являється вода і в роззявленій пащі лева, причому струмінь поступово стає все вище і вище, і, коли вона досягає межі, що символічно демонструє результат поєдинку, починають бити фонтани
«Трітони» на Верхня терасакаскаду («Сирени та наяди»). З раковин, в
що трубять морські божества, вириваються широкими дугами фонтанні струмені: володарі води сурмлять славу богатирю.
У 1739р. для імператриці Анни Іоанівни за кресленнями канцлера А. Д. Татищева біля Крижаного будинку був виконаний своєрідний фонтан: постать слона в натуральну величину, з хобота якого била струмінь води заввишки 17 метрів (вода подавалась насосом), в нічний час не викидалася горя. Перед входом до крижаного будинку два дельфіни також викидали струмені нафти.
У більшості випадків для створення фонтанів у Петергофі використовувалися насоси. Так, пара атмосферний насос був уперше застосований із цією метою саме у Росії. Він був побудований на замовлення Петра I у 1717-1718 рр. та встановлений в одному з приміщень грота Літній саддля підйому води до фонтанів.
Петербурзькі фонтани працюють протягом п'яти місяців (з 9 травня до кінця жовтня) щодня (витрата води за 10 год становить 100 000 м3).
День святого Самсона, який переміг лева, співпав із розгромом шведів під Полтавою 27 червня 1709 року. "Самсон російський рикаючого лева австрійського преславно роздертий" - говорили про нього сучасники. Під Самсоном мав на увазі Петро I, а під левом - Швеція, на гербі якої зображений цей звір.
Великий каскад складають 64 фонтани, 255 скульптур, барельєфів, маскаронів та інших декоративних архітектурних деталей у Петергофі, що дозволяє вважати цю фонтанну споруду однією з найбільших у світі.
Розкішний килим розстилається перед палацом Верхній сад. Початкове планування його було здійснено у 1714-1724 роках. архітекторами Браунштейном та Леблоном. У Верхньому саду п'ять фонтанів: 2 фонтани Квадратних ставків, Дубовий, Міжумний та Нептун. (Див. дод. 4)
Тиск як рушійна сила роботи фонтанів
4.1 Сили тиску рідини.
Повсякденний досвід вчить нас, що рідини діють з відомими силами на поверхню твердих тіл, що стикаються з ними. Ці сили називаємо силами тиску рідини.
Прикриваючи пальцем, отвір відкритого водопровідного крана, ми відчуваємо силу тиску рідини на палець. Біль у вухах, яку відчуває плавець, що пірнув на велику глибину, викликана силами тиску води на барабанну перетинку вуха. Термометри для вимірювання температури у глибині моря мають бути дуже міцними, щоб тиск води не роздавив їх.
Зважаючи на величезні сили тиску на великій глибині, корпус підводного човна повинен мати набагато більшу міцність, ніж корпус надводного корабля. Сили тиску води на дно судна підтримують судно на поверхні, врівноважуючи діючу на нього силу тяжіння. Сили тиску діють на дно і стінки судин, наповнених рідиною: налив у гумовий балон ртуть, бачимо, що його дно і стінки вигинаються назовні. (Див. дод. 5,6)
Нарешті, сили тиску діють із боку одних частин рідини інші. Це означає, що якщо ми видалили якусь частину рідини, то для збереження рівноваги частини, що залишилася, потрібно було б прикласти до поверхні, що утворилася, певні сили. Необхідні для підтримки рівноваги сили рівні сил тиску, з якими віддалена частина рідини діяла на частину, що залишилася.
4.2 Тиск
Сили тиску на стінки судини, що містить рідину, або на поверхню твердого тіла, зануреного в рідину, не прикладені в певній точці поверхні. Вони розподілені по всій поверхні зіткнення твердого тіла з рідиною. Тому сила тиску на цю поверхню залежить не тільки від ступеня стиснення рідини, що стикається з нею, але і від розмірів цієї поверхні.
Щоб охарактеризувати розподіл сил тиску незалежно від розмірів поверхні, яку вони діють, вводять поняття тиску.
Тиском на ділянці поверхні називають відношення сили тиску, що діє на цю ділянку, до площі ділянки. Очевидно, тиск чисельно дорівнює силі тиску, що припадає на ділянку поверхні, площа якої дорівнює одиниці.
Будемо позначати тиск буквою р. Якщо сила тиску на цю ділянку дорівнює F, а площа ділянки дорівнює S, то тиск виразиться формулою
р = F/S.
Якщо сили тиску розподілені рівномірно по деякій поверхні, то тиск той самий у кожній її точці. Такий, наприклад, тиск на поверхні поршня, що стискає рідину.
Нерідко, однак, трапляються випадки, коли сили тиску розподілені на поверхні нерівномірно. Це означає, що на однакові площі різних місцях поверхні діють різні сили. (Див. дод. 7)
Наллємо воду в посудину, в бічній стінці якої зроблені однакові отвори. Ми побачимо, що нижній струмінь витікає на більшу відстань, верхній – на меншу.
Це означає, що у нижній частині судини тиск більший, ніж у верхній частині.
4.3 Принцип дії сполучених судин.
Судини, що мають між собою повідомлення чи спільне дно, прийнято називати сполученими.
Візьмемо ряд судин різної форми, з'єднаних у нижній частині трубкою.
Рис.5. У всіх сполучених судинах вода стоїть на одному рівні
Якщо наливати рідину в один з них, рідина перетіче трубками в інші судини і встановиться у всіх судинах на одному рівні (рис. 5).
Пояснення полягає у наступному. Тиск на вільних поверхнях рідини в судинах те саме; воно дорівнює атмосферному тиску.
Таким чином, всі вільні поверхні належать до однієї і тієї ж поверхні рівня і, отже, повинні бути в одній горизонтальній площині. (Див. дод. 8, 9)
Чайник і його носик є сполученими судинами: вода стоїть в них на одному рівні. Значить, носик чайника повинен доходити до тієї ж висоти, що й верхній край судини, інакше чайник не можна буде налити доверху. Коли ми нахиляємо чайник, рівень води залишається тим самим, а носик опускається; коли він опуститься до рівня води, вода почне виливатись.
Якщо ж рідина в судинах, що сполучаються, знаходиться на різних рівнях (це можна досягти, якщо поставити між сполученими судинами перегородку або затиск і долити рідину в одну з судин), то створюється так званий напір рідини.
Натиск – це тиск, який робить вагу стовпа рідини висотою, що дорівнює різниці рівню. Під дією цього тиску рідина, якщо прибрати затискач або перегородку, перетікатиме в ту посудину, де її рівень нижчий, доки рівні не зрівняються.
Зовсім інший результат виходить, якщо в різних колінах сполучених судин налиті неоднорідні рідини, тобто їх щільності різні, наприклад, вода і ртуть. Нижчий стовп ртуті врівноважує вищий стовп води. Враховуючи, що умовою рівноваги є рівність тисків ліворуч і праворуч, отримаємо, що висота стовпів рідини в судинах, що сполучаються, обернено пропорційна їх щільностям.
У житті вони зустрічаються досить часто: різні кавники, лійки, водомірне скло на парових котлах, шлюзи, водогін, коліном зігнута труба – все це приклади сполучених судин.
Принцип дії сполучених судин лежить в основі роботи фонтанів.
Технічний пристрій фонтанів
Сьогодні мало хто замислюється, як функціонують фонтани. Ми настільки звикли до них, що, проходячи повз, лише окидаємо недбало поглядом.
І справді, що тут особливого? Сріблясті струмені води, під натиском, злітають у вись і розсипаються на тисячі кришталевих бризок. Але насправді все не так просто. Фонтани бувають водометні, каскадні, механічні. Фонтани - жартівники (наприклад, у Петергофі), різної висоти, форми і кожен має свою назву.
Раніше всі фонтани були прямоточними, тобто працювали безпосередньо від водопроводу, зараз застосовується «оборотне» водопостачання з використанням потужних насосів. Струменяться фонтани теж по-різному: динамічними струменями (можуть змінювати висоту) і статичними струменями (струмінь на одному рівні).
В основному фонтани зберігають свій історичний
вигляд, тільки "начинка" у них сучасна. Хоча, звичайно ж, будували їх раніше теж на славу, один із таких прикладів – фонтан у Олександрівському саду.
Йому вже 120 років, але частина труб збереглася у доброму стані. (Див. дод. 10)
II . Дія різних моделей фонтанів.
Фонтан у порожнечі.
Я провела дослідження на тему "Фонтан у порожнечі". І тому я взяла дві колби. На першу я надягла гумову пробку і з пропущеною крізь неї тонко скляною трубкою. На протилежний її кінець надягти гумову трубку. У другу колбу я налила підфарбовану воду.
За допомогою насоса із першої колби я відкачала повітря, перевернула колбу. Гумову трубку я опустила до другої колби з водою. Через різницю тиску, вода з другої колби полилася струменем у першу.
Я з'ясувала, що чим менше повітря в першій колбі, тим сильніше битиме струмінь з другої.
Фонтан Герона.
Я провела дослідження на тему "Фонтан Герона". Для цього мені потрібно було зробити спрощену модель фонтану Герона. Я взяла маленьку колбу і вставила в неї крапельницю. У своєму експерименті з даної моделі, колбу я поставила вниз шийкою. Коли я відкрила крапельницю, вода полилася з колби струменем.
Після, я опустила колбу трохи нижче, вода полилася набагато повільніше, а струмінь став набагато менше. Зробивши відповідні зміни, я з'ясувала, що висота струменя у фонтані залежить від взаємного розташування сполучених судин.
Залежність висоти струменя у фонтані від взаємного розташування сполучених судин. (Див.прил. 11)
Залежність висоти струменя у фонтані від діаметра отвору.
(Див. дод. 12)
Висновок: висота струменя фонтану залежить:
Від взаємного розташування сполучених судин, чим вище один з сполучених судин, тим висота струменя більша.
Чим менший діаметр отвору, тим висота струменя більша.
Модель фонтану
Для того, щоб побудувати фонтан на присадибній ділянці, необхідно створити модель фонтану, дізнатися, як будувати фонтан і куди встановити резервуар для подачі води. Конструкцію для фонтану виготовили в домашніх умовах. Прикрасивши саму модель фонтану,
З допомогою крапельниці приєднали до неї колбу.(Див. дод. 13) Якщо опустити колбу вниз,
то вода поллється дуже повільно, а якщо підняти колбу на другу полицю, то вода поллється великим струменем вгору.
III. Висновок.
Метою моєї роботи було розширення галузі особистих знань на тему «Повідомляючі судини», використання отриманих знань для виконання творчого завдання. У ході роботи я відповіла на запитання: що є рушійною силою роботи фонтанів і змогла створити різні моделі фонтанів, що діють.
Я побудувала модель фонтану, вивчила технічний устрій фонтанів. Провела досліди на тему «Повідомлені судини».
Надалі ми з дідусем плануємо побудувати фонтан на своїй присадибній ділянці за допомогою тих знань та даних, які ми отримали, досліджуючи технічний пристрій фонтанів.
Висновок:Вода у фонтані у фонтані працює за принципом «Фонтану Герона».
IV. Список літератури.
"Фізична енциклопедія", генеральний директорА. М. Прохів.
м Москва. Вид. «Радянська енциклопедія» 1988, 705 стор.
Д. А. Кючаріанц та А. Г. Раскіна "Сади та парки палацових ансамблів Санкт-Петербургата передмість".
Додаток 9.
Додаток 10.
Додаток 11.
Діаметр отвору
Висота резервуару
Висота струменя
0,1 см
50 см
2,5 см
0,1 см
1 м
3,5 см
0,1 см
130 см
5см
Додаток 12.
Діаметр отвору
Висота резервуару
Висота струменя
0,1 см
50 см
2,5 см
0,3 см
50 см
2 см
0,5 см
50 см
1,5 см
Додаток 13.
Додаток 14.
«Енциклопедичний словник молодого фізика» Упоряд. В. А. Чуянов - 2-е М.: Педагогіка, 1991 рік - 336 стор.
Цілі:
розвиваючі
- розвиток творчих здібностей учнів (уяви, спостережливості, пам'яті, мислення); розвиток можливості встановлювати міжпредметні зв'язки (фізика, історія, МХК, географія); розвиток дрібної моторики під час конструювання моделей;
- повторити основні властивості сполучених судин; визначити причину встановлення на одному рівні однорідної рідини в сполучених судинах будь-якої форми; вказати практичне застосуваннясполучених судин; розібрати принцип роботи фонтану Герона
- навчитися бачити красу в навколишньому світі; сформувати почуття відповідальності за доручену роботу; виховання вміння слухати та чути; підвищити загальний інтелектуальний рівень; сприяти підвищенню інтересу до фізики
- Відео презентація фонтанів
- Вступ
Кажуть, є три речі, на які можна дивитися нескінченно – вогонь, зірки та вода. Споглядання води – чи то таємнича глибина рівної гладі, чи прозорі струмені, що приливаються і поспішають кудись, як живі – не тільки приємно для душі та благотворно для здоров'я. Є в цьому щось первісне, чому людина завжди прагне води. Недаремно діти можуть годинами грати навіть у звичайної дощової калюжі. Чому фонтани так тягнуть до себе? Так чарівно заворожують? Може тому, що в шелестінні, шелестінні, шумі їх струменів, що ллються, можна почути сміх русалки, строгий окрик водяного царя або сплеск золотої рибки? Або тому, що пінні струмені, що б'ються, пробуджують у нас ті ж радість і захоплення, що і джерела, струмки і водоспади. Повітря біля водойми завжди чисте, свіже і прохолодне. Та й недаремно кажуть, що вода – «очищає», «омиває», не лише тіло, а й душу.
Напевно, кожен помічав, наскільки легше дихати біля води, як зникають втома і роздратування, як бадьорить і водночас утихомирює перебування поблизу моря, річки, озера чи ставка. Вже в давнину люди замислювалися про те, як створити штучні водойми, особливо цікавила їх загадка води, що біжить.
- Історія розвитку фонтанів
Перші фонтани з'явилися в стародавньої Греції. Вони мали дуже простий пристрій і зовсім не були схожі на пишні фонтани сучасності. Призначення їх було суто практичним. Забезпечувати міста та селища водою. Поступово греки починали оздоблювати свої фонтани. Обкладали їх плиткою, будували статуї, вимагали високих струменів. Фонтани стали атрибутом майже кожного міста. Викладені мармуром, з мозаїчним дном, вони поєднувалися то з водяним годинником, то з водяним органом, то з ляльковим театром, де фігурки рухалися під впливом струменів. Історики описують фонтани з механічними птахами, які весело співали та замовкали, коли раптово з'являлася сова.
Слідом за стародавніми греками, фонтани почали будувати в Римі. Саме слово фонтан має римське коріння. Римляни значно удосконалили влаштування фонтанів. Для фонтанів римляни робили труби з обпаленої глини чи свинцю. В епоху розквіту Риму фонтан став обов'язковим атрибутом усіх багатих будинків. Дно та стінки фонтанів прикрашали плиткою. Струмені води били з рота красивих риб або екзотичних тварин.
Розвитку фонтанів сприяло винахід давньогрецькими механіками закону сполучених судин, використовуючи який, патриції влаштовували фонтани у дворах своїх будинків. Декоративні фонтани стародавніх можна назвати прототипом сучасних фонтанів.
Після падіння стародавнього світу, фонтан знову перетворюється лише на джерело води. Відродження фонтанів як мистецтва починається лише за часів ренесансу. Фонтани є частиною архітектурного ансамблю, його ключовим елементом.
Найбільш відомими є фонтани Версаля у Франції та Петергофа у Росії.
Сучасні фонтани гарні не лише вдень, коли блищать і іскряться на сонці, але й увечері, коли вони перетворюються на кольоромузичний водяний феєрверк. Занурені у воду невидимі лампи роблять її струмені то ніжно-бузковими, то яскраво-жовтогарячими, майже вогняними, то небесно-блакитними. Різнобарвні струмені б'ються і видають звуки, що зливаються в мелодію.
Ф. І. Тютчев.
ВОДОГРАЙ
Дивись, як хмарою живою
Фонтан сяючий клубочиться;
Як горить, як дробиться
Його на сонці вологий дим.
Променем піднявшись до неба, він
Торкнувся висоти заповітної -
І знову пилом вогнебарвним
Пасти на землю засуджений.
Про смертну думку водомет,
О водомет невичерпний!
Який закон незбагненний
Тебе прагне, тебе м'ятає?
Як жадібно до неба рвешся ти!
Але лань незримо-фатальна
Твій промінь завзятий, заломлюючи,
Скидає в бризках з висоти.
- Принцип роботи фонтану
Досвід із трубкою та воронкою
ПИТАННЯ до дітей (завдання)
Завдання 1. Історичне. Жителі сучасного Риму досі користуються рештками водопроводу, побудованого їхніми предками. Але римський водогін прокладався над землі, а з неї, на високих кам'яних стовпах. Інженери побоювалися, що у водоймищах, з'єднаних дуже довгою трубою (або жолобом), вода не встановиться на однаковому рівні, що, слідуючи ухилам ґрунту, у деяких ділянках вода вгору не потече. Тому вони зазвичай надавали водопроводу рівномірний ухил вниз по всьому шляху (для цього нерідко потрібно або вести воду в обхід, або зводити високі міцні підпори). Одна з римських труб має довжину 100 км, тим часом як пряма відстань між її кінцями вдвічі менша.
? Чи мали рацію інженери Стародавнього Риму? Якщо ні, то в чому їхня помилка?
Завдання 2. Будівельне. У вашому розпорядженні є лінійка та сполучені судини, наповнені рідиною.
? Як за допомогою накреслити на дошці строго горизонтальну лінію? Продемонструйте це. Подумайте, де на практиці ви можете мати справу з такою проблемою.
Досвід «фонтан у розрідженому повітрі»
Фонтан Герона
Одним із пристроїв, описане вченим стародавньої Греції Героном Олександрійським, був чарівний фонтан Герона. Головне диво цього фонтану полягало в тому, що вода з фонтану била сама, без використання будь-якого зовнішнього джерела води. Принцип роботи фонтану добре видно малюнку. Давайте розберемо докладніше, як працював фонтан Герона.
Героновий фонтан складається з відкритої чаші та двох герметичних судин, розташованих під чашею. З верхньої чаші в нижню ємність йде повністю герметична трубка. Якщо налити у верхню чашу води, вода по трубці починає стікати в нижню ємність, витісняючи звідти повітря. Оскільки сама нижня ємність повністю герметична, то повітря, що виштовхується водою, по герметичній трубці, передає повітряний тиск у середню чашу. Тиск повітря в середній ємності починає виштовхувати воду і фонтан починає працювати. Якщо для початку роботи, у верхню чашу потрібно налити води, то для подальшої роботи фонтану вже використовувалася вода, що потрапляла в чашу із середньої ємності. Як бачите пристрій фонтану дуже простий, але це лише на перший погляд.
Підйом води у верхню чашу здійснюється за рахунок напору води заввишки H1, при цьому воду фонтан піднімає на багато. велику висоту H2, що на перший погляд здається неможливим. Адже на це має знадобитися значно більший тиск. Фонтан не має працювати. Але знання стародавніх греків виявилося настільки високо, що вони здогадалися передавати тиск води з нижньої посудини, в середню посудину, не водою, а повітрям. Оскільки вага повітря значно нижча за вагу води, втрати тиску на цій ділянці виходять дуже незначними, і фонтан б'є з чаші на висоту H3. Висота струменя фонтану H3, без урахування втрат тиску в трубках, дорівнюватиме висоті напору води H1.
Таким чином, щоб вода фонтану била максимально високо, необхідно якомога вище зробити конструкцію фонтану, тим самим збільшивши відстань H1. Крім того, потрібно якомога вище підняти середню судину. Що ж до закону фізики про збереження енергії, він повністю дотримується. Вода із середньої судини під дією гравітації стікає в нижню судину. Те, що вона робить цей шлях через верхню чашу, і при цьому б'є там фонтаном, ні скільки не суперечить закону про збереження енергії. Як ви розумієте, час роботи подібних фонтанів не нескінченно, зрештою вся вода із середньої судини, перетече в нижню, і фонтан перестане працювати. На прикладі влаштування фонтану Герона ми бачимо, наскільки високими були знання вчених стародавньої Греції.
- Фонтани Петергофа
У східній знаходяться палац Монплезір, каскад "Шахова гора" та "Римські" фонтани, фонтани "Піраміда", "Сонце", фонтани жартівники. У західній частині розташовані павільйон Ермітаж та палац Марлі, каскад "Золота гора", "Менажерні" фонтани та "Клоші". Петро невипадково вибрав саме це місце для будівництва Петергофа. Обстежуючи місцевість, він виявив кілька водойм, що живилися з-під землі ключами. Протягом літа 1721 року було побудовано шлюзи і канал, яким із водойм з Ропшинських висот вода йшла самопливом до накопичувальних басейнів Верхнього саду, і тут можна було влаштувати лише невеликі за висотою струмені-фонтани. Інша справа – Нижній парк, що розкинувся біля підніжжя тераси. Вода з 16-метрової висоти трубами з басейнів Верхнього саду за принципом сполучених судин з силою спрямовується вниз, щоб злетіти безліччю високих струменів у фонтанах парку. Всього в Нижньому парку та Верхньому саду діє 4 каскади та 191 фонтан (включаючи водомети каскадів).
Знайдені ще Петром I принципи водопостачання діють і досі, свідчивши талант засновника Петергофа.
Під час Великої Великої Вітчизняної війни фашистські загарбники повністю зруйнували фонтанну систему Петродворца. Вони зняли та вивезли скульптури, у тому числі знамениту скульптуру „Самсон”, яку було розрізано на частини та також відправлено до Німеччини, у багатьох місцях вирізали свинцеві трубопроводи, обдерли свинцеві листи з порогів Великого каскаду, зняли насадки, а також усю арматуру з кольорових. металів На щастя, значна частина скульптур та інших творів мистецтва вчасно була евакуйована.
Радянська Армія, що звільнила Петродворець, знайшла там лише руїни; фонтанна система була зруйнована на 80%. В даний час в результаті великих відновлювальних робіт основні фонтани Петродворця відновлені.
- Фонтани у літературі
Фонтани здавна залучали себе художників і поетів. Багато віршів було написано про ці чарівні струмені води. Один із відомих віршів – вірш А.С. Пушкіна «Бахчисарайський фонтан» (уривок)
Фонтан кохання, фонтан живий!
Я приніс тобі дві троянди.
Люблю немолчну говірку твою
І поетичні сльози.
Твій срібний пил
Мене кропить холодною росою:
Ах, лийся, лийся, ключ втішний!
Журчі, журчи свою мені брехню...
Нашим хлопцям теж було запропоновано спробувати себе у ролі поетів. Послухаємо, що з того вийшло.
Вірші хлопців
- Висновок
і т.д.................