По какому принципу работает фонтан. Старт в науке

Любому человеку может быть интересен ответ на вопрос -«как работает фонтан? », потому что сегодня довольно часто можно встретить фонтаны не только в скверах и парках, но и в загородных домах или просто дома на столе. Сегодня фонтаны классифицируются на статические, скульптурные, музыкальные и цветодинамические, но и также на комнатные: напольные и настольные. Несмотря на широкое распространение, а также, разнообразие форм и размеров, у фонтанов практически одинаковый метод работы.

Как работает фонтан?

Условно фонтан можно охарактеризовать устройством, в котором вода, бьющая из источника (в латыни означает fons), попадая затем в какую-либо чашу определенной формы, стекает обратно в резервуар-контейнер и потом используется вновь. Другими словами, фонтан представляет собой механизм круговорота воды. Резервуаром или контейнером может быть настоящий водоем или какая-нибудь емкость, искусно спрятанная, в основном, в цоколе скульптуры. Если фонтан установлен «на суше», то под основанием скульптурной композиции монтируется фонтанная чаша. Высота фонтана, в данном случае, напрямую зависит от размера водоема и напора воды. Форма или рисунок фонтана определяется насадкой, которая формирует поток воды и определяет внешний облик фонтана.

В замкнутой системе круговорота , вода движется и поднимается вверх с помощью насоса. Еще следует упомянуть о том, что вода в фонтане регулярно обновляется, так как первоначального запаса воды, через некоторый промежуток времени(в силу испарения воды и других факторов), не будет хватать для полноценной работы фонтана.

По способу водоснабжения фонтаны можно разделить на: циркуляционные и проточные . В циркуляционных фонтанах вода бежит по замкнутой закрытой системе. А проточные фонтаны отличаются тем, что вода в них постоянно обновляется. Основная емкость или резервуар у циркуляционных фонтанов расположен внизу. Эта емкость, формы и размеры которой варьируются в зависимости от фонтана, часто представляет собой декоративную керамическую чашу. Из чаши вода поднимается вверх с помощью насоса. Затем, поднявшись до верха, вода обратно стекает вниз в резервуар. В результате циркуляционные фонтаны не требуют оттока воды и подключения водопровода.
В проточных фонтанах, в которых вода постоянно обновляется, предусмотрен резервуар, куда стекает вода и ее отвод в сток.

Для фонтанов используют погружной и поверхностный насосы. Погружные насосы используются для обыкновенных простых фонтанов, а в случае установки нескольких фонтанов, с определенным перепадом высоты, требуются поверхностные насосы.

Вещей, которые способны работать самостоятельно, без внешнего источника энергии, не так уж и много, и особое место среди них занимает фонтан Герона. Его основным достоинством является то, что он работает благодаря естественным законам природы, не затрачивая при этом сторонней энергии.
На самом деле все не совсем так – это не вечный двигатель и уж тем более не источник дармовой энергии. Такому фонтану нужна регулярная «перезарядка» – в зависимости от конструкции, она может потребоваться через каждые 15-50 минут. В принципе, это несложная процедура, которая потребует от человека поменять местами пару емкостей. Именно независимой работой интересен фонтан Герона, о самостоятельном изготовлении которого мы и поговорим в этой статье. Вместе с сайтом Дом Мечты мы разберемся с его конструкцией, изучим принцип работы и ответим на вопрос, как сделать это чудо своими руками?

Как сделать фонтан Герона фото

Фонтан Герона: как он работает

Если бросаться умными терминами, то в основу работы фонтана Герона положен принцип гидропневматики – работу по выталкиванию воды вверх струей производит воздух и сама жидкость. Естественно, дело здесь не обходится без гравитации, благодаря которой в системе фонтана создается необходимое давление. Такой фонтан состоит минимум из трех емкостей.

Как вы понимаете, такой фонтан будет работать до тех пор, пока не израсходуется жидкость в верхней емкости – после этого требуется перезарядка, благодаря которой эта система не имеет ничего схожего с вечным двигателем или бесконечным источником энергии. Перезарядка фонтана Герона производится элементарно просто – полная колба (та, которая была нижней) устанавливается вместо пустой тары, установленной сверху, которая, в свою очередь, ставится вместо полной емкости. После перезарядки фонтан необходимо будет запустить – в верхнюю чашу понадобится добавить немного воды.

Как видите, все достаточно просто, и не исключением является даже принцип изготовления фонтана Герона своими руками. В элементарном варианте он собирается из пластиковых бутылок и прозрачных трубочек – естественно, нужна будет чаша, установочная конструкция и различные мелочи, с которыми мы разберемся по ходу изучения вопроса, как сделать фонтан Герона своими руками?

Как сделать фонтан Герона: особенности сборки

Итак, принцип действия фонтана Герона понятен, теперь остается разобраться с тонкостями и вариантами его сборки. Различных конструкций существует несколько.

В принципе, это и вся система фонтана Герона. Единственное, что здесь необходимо добавить, так это уточнить несколько деталей. Во-первых, вся система должна иметь исключительную герметичность – должно присутствовать всего несколько открытых мест (слив из чаши и сопло фонтана). Ну и, во-вторых, высота струи этого фонтана напрямую зависит от расстояния между верхней и нижней емкостями – все это дело придется самостоятельно настроить по своему усмотрению.

Как сделать фонтан Герона: что можно усовершенствовать

Говорят, что совершенству нет предела, и практически любую вещь можно модернизировать до бесконечности – это не совсем так, но тем не менее возможность усовершенствования любого изделия практически всегда имеется. Фонтан Герона в этом отношении не является исключением – модернизировать в нем можно много чего.

В общем, несмотря на то, что в целом фонтан Герона является весьма продуманным изделием, место для его усовершенствования все же имеется и предела этому месту, судя по всему, нет. В заключение темы остается добавить, что по описанному выше принципу можно изготовить достаточно много разнообразных систем, начиная от небольших опытных моделей фонтанов, до огромных рабочих моделей. С последними, правда, возникает проблема перезарядки, решить которую без насоса или других хитроумных приспособлений современности весьма и весьма сложно.

Обычно фонтаны столицы начинают работать с момента установления теплой погоды. Это происходит в последних числах апреля. В 2014 году официальное открытие сезона фонтанов произошло 30 апреля. В этот день в период времени между 15 и 17 часами заработало 45 красивейших водных сооружений города.

Однако Москва славится тем, что на ее территории размещено более 500 различных по величине и архитектуре фонтанов.

На территории Москвы расположено 560 различных фонтанов.

Остальные архитектурные строения начали свою работу немного позже, как только прошли все проверки и были полностью готовы к запуску.

ВДНХ, согласно давно сложившейся традиции, начало радовать всех туристов, гостей города и жителей столицы прекрасными фонтанами немного раньше, а именно: 11 апреля можно было наблюдать запуск водной аллеи и известного многим фонтана «Дружба Народов».

Ежедневно в 8 утра включаются все московские фонтаны и продолжают свою работу до самого вечера. Смолкает шум воды лишь к 23 часам, а в выходные и праздничные дни - к полуночи. Поэтому, несмотря на плотный рабочий график, все желающие всегда могут насладиться видом любимых фонтанов или отдохнуть поблизости, вдыхая наполненный водными брызгами воздух, столь непривычный в черте большого города.

Некоторые фонтаны можно лицезреть круглосуточно, т.к. они не прерывают своей работы. Это водные сооружения, расположенные на Поклонной горе и Манежной площади, а также фонтаны возле Киевского вокзала и на Кутузовской развязке.

Самые необычные фонтаны Москвы

Непревзойденный и великолепный фонтан «Дружба Народов» стоит хотя бы раз увидеть каждому, кто оказался в Москве. Он поражает воображение своими размерами и пышной золоченой отделкой. Струи воды, создавая необычные рисунки, взлетают в воздух на высоту до 24 метров.

На слуху огромного количество людей «Аллея фонтанов», расположенная вблизи выставочного центра. Около 1000 кубометров воды циркулирует в большом количестве красивейших фонтанов, входящих в число памятников культуры.

Фонтаны столицы украшены различными подсветками и музыкальным сопровождением.

Огромной популярностью в период жарких дней пользуется фонтан под названием «Завеса». Он представляет собой большое количество тоненьких струек коды, образующих свод. Пройдясь под ним, можно подышать свежестью и немного охладиться.

Панова А.Р. 1

Махалина Е.Н. 1

1 Муниципальное общеобразовательное учреждение "Средняя общеобразовательная школа №16" Копейского городского округа

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Огонь, вода, земля, воздух- вокруг четырех природных стихий вращается вся жизнь. Человек давно научился использовать их себе на пользу. Каждый из нас воспринимает журчание воды, так же как тиканье часов, пляшущие языки пламени или плывущие по небу облака, строго индивидуально. Это зависит от темперамента человека, его настроения и самочувствия. Звукводы, как правило, позволяет расслабиться и успокоиться, зарядиться новыми силами и задуматься.

Однажды мне в руки попала книга для чтения по физике. Листая её, я увидела, что в домашних условиях можно сделать фонтан. Меня заинтересовали два вопроса: как работает фонтан и смогу ли я сама при помощи взрослых сделать его дома. Актуальна эта тема еще и потому, что сейчас популярно иметь дома декоративные фонтаны.

Объект исследования : фонтан

Предмет исследования : принцип работы различных фонтанов

Цель : выявление особенностей работы проточного фонтана и фонтана Герона

Задачи:

1. изучить различные источники информации по данной теме;

2. изучить принцип работы проточного фонтана и фонтана Герона;

3. провести эксперимент; проанализировать, сделать выводы.

Гипотеза: если мы узнаем, как работает фонтан, то, возможно, сможем построить макет для его демонстрации

Методы исследования : эксперимент, наблюдение, анализ, обобщение.

Глава 1. Общая характеристика фонтанов

1.1. Фонтаны: история возникновения

Первые фонтаны возникли в Древнем Египте и Месопотамии, о чем свидетельствуют изображения на древних надгробиях. Изначально они использовали для полива выращиваемых культур и декоративных растений. Египтяне сооружали фонтаны во фруктовых садах возле дома, где они устанавливались посреди прямоугольного пруда.

Подобные фонтаны использовали и в Месопотамии и Персии, славившимися своими прекрасными садами. Здесь на Востоке они получали еще большую популярность.

Огромные значения фонтаны имели в Китае и Японии. В создание знаменитого японского сада Киото участвовали монахи буддисты. Каждый элемент этого сада - несет в себе особое значение и вызывает у посетителей определенное настроение и состояние души.

Ландшафтной и архитектурной основой фонтанов и садов в Европе послужили персидские сады. В средние века сады появлялись при монастырях и подобно персидскому саду делились на четыре части - для цветов, трав, овощных культур и фруктовых деревьев. В середине сада был расположен колодец или фонтан - место уединения, размышления и молитвы для послушников монастыря. Но в основном, как и в Древнем мире, в Средневековье фонтаны использовались как источники водоснабжения - для полива и питья.

Только с началом Эпохи Возрождения фонтаны в Европе становятся частью архитектурного ансамбля, его ярким акцентом, а порой главным элементом.

В современных фонтанах значительную роль играют передовые технологии, новые изобретения.

1.2. Как работают фонтаны?

Устройство фонтана основано на принципе сообщающихся сосудов. (приложение, рисунок 1) В сообщающихся сосудах любой формы и сечения 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. Соответственно чем больше разница этих высот, тем сильнее давление и выше бьет струя фонтана. Так же на высоту струи фонтана влияет диаметр выходного отверстия фонтана. Чем оно меньше, тем выше бьет фонтан. (приложение, рисунок 1)

Фонтан Герона. (Приложение, рисунок 2)Прибор состоит из трёх сосудов, помещённых прямо один над другим и сообщающихся между собой: два нижних закрытые, а верхний имеет форму открытой чаши, в которую наливается вода, а также и в средний сосуд, через отверстие в дне чаши, потом закрываемое. По открытой трубке, идущей от дна чаши почти до дна самого нижнего сосуда, вода течёт из чаши вниз и, сжимая находящийся там воздух, увеличивает тем его упругость. Нижний сосуд сообщён со средним посредством открытой трубочки, начинающейся в верхнем дне его и идущей до верхнего дна среднего сосуда, так что находящийся здесь над поверхностью воды воздух также сжимается. Производя давление на воду, воздух заставляет её подниматься из среднего сосуда по особой трубке, проведённой почти от его дна в верхнюю чашу, где из конца этой трубки, возвышающейся над поверхностью воды, и бьёт фонтан. Высота фонтана, в идеальных условиях, равна разнице уровней поверхности воды в среднем и нижнем сосудах. Но трение жидкости, движущейся в трубках, и другие причины уменьшают высоту фонтана. Вода фонтана, падающая в чашу, течёт из неё по трубке в нижнее отделение прибора, где уровень воды постепенно повышается, и потому высота давящего столба, измеряемая от названного уровня до уровня воды в чаше, постепенно уменьшается; уровень же воды в среднем сосуде, по мере расходования воды фонтаном, понижается. По этим двум причинам высота фонтана постепенно убывает и, наконец, движение воды прекращается.

Столб воды в верхнем сосуде до её поверхности в нижнем, создает избыточное давление в нижнем сосуде. Сжатый воздух из нижнего сосуда передает полученное давление в средний сосуд. (приложение, рисунок 2)

1.3. Виды фонтанов

Естественные. Известны естественно образовавшиеся фонтаны, называющиеся гейзерами - как, например, на Камчатке.

Техногенные. Искусственно созданным фонтаном является фонтанирующая нефтяная скважина. Батареи из множества водяных фонтанов горячей воды используются для её охлаждения на тепловых электростанциях. Декоративные. В обиходе фонтаном называют специфическое гидротехническое сооружение, как правило, выполняющее декоративную функцию. Утилитарную функцию имеют питьевые фонтанчики , позволяющие обеспечить повышенную гигиеническую безопасность при утолении жажды массовым потребителем. Питьевые фонтаны используются для обеспечения питьевого режима в учебных заведениях, в производственных цехах. Музыкальные. Музыкальный фонтан — тип фонтанa, имеющий эстетический дизайн и создающий, в соединении с музыкой, художественное представление. Эффект достигается с помощью пересечения волн воды и световых эффектов, создаваемых прожекторами или лазерами.

1.4. Фонтаны в повседневной жизни

Красивый фонтан - это прекрасное лекарство от стрессов, от суеты повседневной жизни горожан, оазис покоя и радости, место для отдыха и самосозерцания.

Глава 2. Экспериментальные основы проекта

Из предложенных принципов работы фонтанов, мы построили проточный фонтан, работающий на законе сообщающихся сосудов, а также фонтан Герона.

2.1.Создание макета «Город фонтанов» (на основе сообщающихся сосудов)

Оборудование: (приложение, рис. 3; фото 1-6)

Ёмкость для сбора воды, 2 пластиковых бутылки одинакового размера (резервуары для воды), трубка от капельницы, трубка для аквариума,

2 наконечника от гелиевой ручки, 2 наконечника от капельницы, картон, клей, цветная бумага, ёмкость для фонтана, декоративное оформление.

2.Закрепить две пластиковых бутылки (резервуары для воды) на опорах.

3. Прикрепить к ним в первом случае - 2 трубочки от капельницы, во втором случае - 2 трубочки от аквариума.

4. Вывести трубочки через ёмкость для сбора воды

5. Прикрепить к трубочкам в первом случае наконечник от капельницы, во втором случае - наконечник от гелиевой ручки.

6. Придать эстетичный вид сооружению.

7. Провести эксперимент.

Исследования: Опыт №1 (приложение, фото 7, 8, 9, 10)

«Зависимость высоты струи в фонтане от взаимного расположения сообщающихся сосудов»

Ход работы: меняя высоту резервуара, при постоянном диаметре отверстия мы измеряли высоту струи фонтана.

Вывод : высота струи фонтана зависит от высоты сосуда: чем выше сосуд, тем выше струя фонтана

Опыт №2 (приложение, фото 11)

«Зависимость высоты струи в фонтане от диаметра отверстия»

Ход работы: не меняя высоту резервуара, мы брали разные наконечники: от капельницы и от гелиевой ручки и измеряли высоту струи.

Вывод: чем меньше диаметр выводного отверстия, тем высота струи фонтана больше.

Опыт № 3 (приложение, фото 12) «Зависимость высоты струи в фонтане от диаметра трубки сообщающегося сосуда»

Ход работы: не меняя высоту резервуара, оставив наконечники от аквариума мы поменяли трубки.

резервуары для воды	высота сосуда	отверстия	высота струи при наконечнике от аквариума	отверстия	высота струи при наконечнике от аквариума

Вывод: чем больше диаметр трубки, тем выше высота струи фонтана.

2.2. Создание макета «Фонтан Герона»

Оборудование: (приложение, фото 13 - 19)

Ёмкость для сбора воды, 2 пластиковых бутылки одинакового размера (резервуары для воды), трубка от капельницы, трубка для аквариума, 2 наконечника от гелиевой ручки, 2 наконечника от капельницы, картон, клей, цветная бумага, ёмкость для фонтана, декоративное оформление.

Разработка технологического процесса

1. Подготовка рабочего места, инструментов, материалов.

2. Три одинаковых по размеру пластиковых баночки соединяем между собой.

3. Создаём герметичность емкостей и мест их соединения.

4. Перед герметизации вставляем трубочки (приложение, схема 1)

5. Провести эксперимент.

Исследование заключалось в том, что, если мы правильно собрали конструкцию, то фонтан будет работать.

Принцип работы:

Чаша. Назовем ее точкой отсчета - стартом, с которого жидкость начинает свое движение в системе фонтана Герона. Это обычная открытая емкость, изготовленная по типу миски или тарелки. Из нее по тонкой трубке вода поступает в пустую емкость, расположенную в самом низу фонтана.

Нижняя пустая емкость. Она служит для достижения двух целей. Во-первых, стекающая с чаши вода сжимает содержащийся в ней воздух и тем самым создает давление, необходимое для выталкивания воды струей вверх. И, во-вторых, в ней собирается вода, которая создает это давление (то есть та, которая стекает вниз). Здесь она и остается до следующей перезарядки фонтана.

Верхняя емкость - в заряженном состоянии она с водой. Именно эта жидкость и выталкивается наружу в виде тонкой струи воды. Выталкивается она благодаря сжатому воздуху - давлению, образовавшемуся в нижней колбе. Этот воздух по тонкой трубке поступает в верхнюю колбу, вытесняя оттуда жидкость, которая изливаясь фонтанчиком, снова попадает в чашу, откуда, опять-таки, стекает в нижнюю колбу.

Вывод: схема верна - наш фонтан Герона работает

Заключение

Мне очень понравилось работать над фонтаном. Он получился довольно красивым. Это была очень большая и сложная практическая работа, и конечно, были вещи, которые у меня не получались, или получились. Я узнала много нового о фонтанах и об их истории. Мной были проведены некоторые опыты и сделаны выводы.

не во всех фонтанах используются сообщающиеся сосуды

в сообщающихся сосудах однородная жидкость стремится оказаться на одном уровне

фонтан бьет не только за счет разности высот воды в сообщающихся сосудах

вещей, которые способны работать самостоятельно, без внешнего источника энергии, не так уж и много, и особое место среди них занимает фонтан Герона. Его основным достоинством является то, что он работает благодаря естественным законам природы, не затрачивая при этом сторонней энергии.

Источники информации

1. Кириллова И.Г. Книга для чтения по физике. 6-7 класс. Пособие для учащихся. Сост. И.Г.Кириллова. М., «Просвещение», 1978

2. Мир фонтанов. [Электронный ресурс].- URL: http:// www. mirfontanov.ru /fountain_history.html

3.Спышнов П. А. Фонтаны. Описание, конструкции, расчёт. — М., 1950.

4.Танцующая вода.[Электронный ресурс].- URL: https://www.ivd.ru/dizajn-i-dekor/aksessuary/tancuusaa-voda-4687

5. Фонтаны. [Электронный ресурс].- URL: https://ru.wikipedia.org/wiki

6. Фонтан Герона. [Электронный ресурс].- URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/

7. Фонтан Герона: как сделать. [Электронный ресурс].- URL: http://nw-ps.ru/fontan-gerona-kak-sdelat/

Приложения

Рисунок 1. Фонтан на основе сообщающихся сосудов

Рисунок 2. Фонтан Герона

Рисунок 3. Макет «Город Фонтанов»

Схема 1. Принцип работы фонтана Герона

Фото 1- 6. Создание макета «Город фонтанов»

Фото 7. Заливаем воду в резервуар для воды Фото 8. Измеряем высоту ёмкостей

Фото 9, 10. Измеряем высоту струи фонтана(первичный результат)

Фото 11, 12. Измеряем высоту струи фонтана (конечный результат)

Фото 13. Материал для фонтана Герона

Фото 14, 15. Обрабатываем поверхности герметиком

Фото 16, 17, 18, 19. Собираем макет фонтана Герона

Ознакомившись, с местом происхождения и историей развития фонтанов, можно перейти к устройству и принципу работы фонтанов.

Итак, фонтан – это архитектурное гидротехническое сооружение, предназначенное для использования в качестве декоративного украшения окружающей территории. Чаще всего вся конструкция фонтана предназначается для того чтоб под давлением струя воды поднималась на заранее определённую высоту там распылялась или концентрировалась создавая водопады.

Устройство и принцип работы фонтана обычно состоит из двух основных компонентов, это источник, который создаёт поток воды и приемник, в который эта вода попадает. Дизайн, формы и размеры самого фонтана зависят от технических требований, от желаний и фантазий заказчиков. Форма струи воды зависит от насадки, используемой в том или ином фонтане.

Среди циркуляционных фонтанов также существуют маленькие напольные или комнатные фонтаны . Принцип работы тот же самый с разницей в том, что изначально дизайн фонтана построен так, чтоб приёмник находился несколько выше, но, тем не менее, этот дизайн оставался одной композицией.

По устройству и принципу работы для больших и сложных фонтанов, которые используются в качестве садового или ландшафтного декора, например римские фонтаны , чаще всего используют проточные варианты гидросооружений. В фонтанах этого вида в основном питьевая вода, которую можно использовать для разных целей. Подключение к канализации и отсутствие резервуара чаще всего служит разницей для этих двух видов. Дизайн, форма, вид и форма струи, как высшее было сказано, зависит от человеческой фантазии и возможностей окружающей среды.