Исследовательский проект по теме: «Исследование влияния размера диаметра трубки на высоту струи фонтана, изготовляемого в домашних условиях»

17

Межрегиональный фестиваль исследовательских работ

«Открытие мира»

Секция: «Техника и изобретательство»

Тема работы: «Исследование влияния размера диаметра трубки на высоту струи фонтана, изготовляемого в домашних условиях»

Автор: Мочалина Анна Вячеславовна, МОУ лицей № 2 г. Нижневартовска,

4-А класс

Руководитель: Шмелёва Татьяна Васильевна, учитель начальных классов, МОУ лицей № 2

г. Нижневартовск

СОДЕРЖАНИЕ

Введение…………………………………………………………………………………………2

1.Основная часть

1.1Теоретическая часть

1.1.1. История создания фонтанов……………………………………………………………4

1.1.2. История появления фонтанов в Петербурге…………………………………………..4

1.1.3 Техническое устройство фонтанов …………………………………………………….5

1.1.4. Принцип действия декоративных фонтанов………………………………………….6

1.2.Практическая часть

1.2.1 Практическая работа..……………………………….. ……………………………….7

1.2.2. Эксперимент: исследование влияния размера диаметра трубки на

высоту струи фонтана, изготовляемого в домашних

условиях, ее результаты………………………………………………………………... 7

2. Заключение…...……………………………………………………………………………8

3. Список литературы...........................................................................................................10

4. Приложение………………………………………………………………………………11

Введение

Весной в природе наступает замечательное время тепла, цветения и ярких красок. После зимней «спячки», «просыпаются» фонтаны, тысячи водяных струй торжественно салютуют расцвету природы. Водяные красавцы завораживают непрерывным движением воды и красотой солнечных бликов.

Во все времена человек селился ближе к воде. Ведь вода - это жизнь! Поэтому фонтаны во все времена  признавались лучшими элементами облагораживания среды обитания человека".

Фонтаны – это непременная декорация классического регулярного парка. Об их красоте хорошо сказал А.С.Пушкин:

Летят алмазные фонтаны

С весёлым шумом к облакам,

Под ними блещут истуканы...

Дробясь о мраморные преграды,

Жемчужиной, огненной дугой

Валятся, плещут водопады.

И у меня возникли вопросы: как люди создали фонтаны? Как они работают? Можно ли самой сделать декоративный фонтан? Можно ли изменять условия его работы с помощью замены трубок разного диаметра?

Я решила провести исследование влияния размера диаметра трубки на высоту струи фонтана, изготовляемого в домашних условиях.

Актуальность выбранной темы: в комнате с центральным отоплением в середине зимы воздух может быть таким же сухим, как в пустыне Сахаре. Очень немногие растения хорошо переносят такие условия. Многие декоративнолистные растения и большинство декоративноцветущих растений страдают, если им не повысить влажность воздуха вокруг листьев. Поэтому увлажнение воздуха с помощью декоративного фонтана, изготовленного в домашних условиях – одно из решений данной проблемы.

Гипотеза: Размер диаметра трубки влияет на высоту струи фонтана, изготовляемого в домашних условиях.

Цель исследования: расширить область личных знаний по теме «Фонтаны» (в том числе, исторического и политехнического характера) с целью использования полученных знаний для выполнения творческого задания и проведения эксперимента: исследования влияния размера диаметра трубки на высоту струи фонтана, изготовляемого в домашних условиях.

Для достижения поставленной цели мне необходимо было решить следующие задачи:

1. Изучить историю создания фонтанов;

2. Разобраться в устройстве и принципе действия фонтанов;

3. Изготовить механическую модель действующего фонтана;

4. Изучить возможность влияния размера диаметра трубки на высоту струи фонтана, изготовляемого в домашних условиях с помощью эксперимента;

5. Обработка и анализ полученных результатов;

6. Показать применение изготовленного декоративного фонтана.

Объект исследования: условия определения влияния размера диаметра трубки на высоту струи фонтана, изготовляемого в домашних условиях.

Предмет исследования: процесс определения влияния размера диаметра трубки на высоту струи фонтана, изготовляемого в домашних условиях.

Были использованы следующие методы:

- Теоретические (изучение, анализ, обобщение литературы).

- Эмпирические (наблюдения, измерения).

- Интерпретационные (количественная и качественная обработка

результатов).

Значимость и прикладная ценность работы научиться изготовлять декоративный фонтан в домашних условиях, изменять условия его работы, показать практическое применение изготовленного фонтана – увлажнение воздуха в комнате и улучшение состояния комнатных растений.

1. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

1.1.Теоретическая часть

1.1.1. История создания фонтанов

Фонтан (от ит. fontana – от лат. fontis – источник) – струя жидкости или газа, выбрасываемая под давлением (словарь иностранных слов. – М.: Русский язык, 1990).

Впервые фонтаны появились в Древней Греции и к эстетике не имели никакого отношения. Они служили источниками питьевой воды, охлаждали и увлажняли воздух, используя подводные реки, ключи и естественные перепады высот залегания воды. В дальнейшем это дало толчок к развитию фонтанного зодчества и в Древнем Риме, поскольку обе империи тесно соприкасались в свое время. Местные мастера делали трубы из свинца, остававшегося в большом количестве после переработки серебряной руды. Впоследствии, за счет дешевизны технологии изготовления труб, фонтаны в Риме были повсюду.

Прекрасное действие, которое оказывает фонтан на людей, привело к повсеместному их распространению по всему миру. Ярким примером классических фонтанов служат фонтаны Версаля. Версаль, селение в 24 километрах от Парижа, был выбран королем Людовиком XIII для строительства скромного охотничьего замка, который в 1660г. «Король-Солнце» Людовик XIV решил перестроить в роскошный дворцово-парковый ансамбль. Возведение Версаля продолжалось несколько десятилетий и потребовало не только невероятных денежных расходов, но и привлечения многих тысяч рабочих рук. Только на строительстве водопровода для фонтанов Версаля три года работали 22000 солдат и 8000 каменщиков. Строительство Версаля продолжалось в течение всего XVIII века.

Семь столетий люди строили фонтаны по принципу сообщающихся сосудов. С начала 17 века фонтаны стали приводить в действие с помощью механических насосов, которые постепенно заменили паровые установки, а затем и электрические насосы.

1.1.2. История появления фонтанов в Петербурге

Расположение городов по берегам рек, обилие естественных водных бассейнов, высокий уровень грунтовых вод и равнинный рельеф местности - все это не способствовало строительству фонтанов в России в средние века. Воды было много, получать ее было легко. Первые фонтаны связываются с именем Петра I.

В 1713г., архитектор Лебдон предложил соорудить фонтаны в Петергофе и снабдить их «игральными водами, ибо парки зело скушными кажутся». Ансамбль парков, дворцов и фонтанов Петергофа возникает в первой четверти XVIIIв. как своеобразный триумфальный памятник в честь успешного завершения борьбы России за выход к Балтийскому морю (187 фонтанов и 4 каскада; в наст. время действуют 173 и 3, соответственно). Начало строительства датируется 1715 годом.

Французский мастер предлагал "строить водозаборные сооружения, как в Версале, - поднимая воду из Финского залива. Это, с одной стороны, потребовало бы возведения насосных сооружений, а с другой - более дорогих, чем предназначенных для использования пресной воды. Вот почему в 1720 г. Петр I сам отправился в экспедицию по окрестностям, и в 20 км. от Петергофа, на так называемых Ропшинских высотах обнаружил большие запасы родниковых и подземных вод. Строительство водовода было поручено первому русскому инженеру-гидравлику Василию Туволкову.

Принцип действия фонтанов Петергофа прост: вода на форсунки водоемов идет самотеком. Здесь используется закон сообщающихся сосудов: пруды (водохранилища) расположены зна­чительно выше территории парка. Например, Розовопавилъонный пруд, откуда берет начало Самсоновский водовод, находится на высоте 22м. над уровнем залива. Резервуаром воды для Большого каскада служат 5 фонтанов Верхнего сада.

В 1739г. для императрицы Анны Иоанновны по чертежам канцлера А. Д. Татищева около Ледяного дома был выполнен своеобразный фонтан: фигура слона в натуральную величину, из хобота которого била струя воды высотой 17 метров (вода подавалась насосом), в ночное же время выбрасывалась горящая нефть. Перед входом в ледяной дом два дельфина также выбрасывали струи нефти.

В большинстве же случаев для создания фонтанов в Петербурге использовались насосы. Так, пароатмосферный насос был впервые применен с этой целью именно в России. Он был построен по заказу Петра I в 1717-1718 гг. и установлен в одном из помещений грота Летнего сада для подъема воды к фонтанам.

1.1.3. Техническое устройство фонтанов

Сегодня мало кто задумывается, как функционируют фонтаны. Мы настолько привыкли к ним, что, проходя мимо, лишь окидываем небрежно взглядом.

И действительно, что здесь особенного? Серебристые струи воды, под напором, взмывают ввысь и рассыпаются на тысячи хрустальных брызг. Но на самом деле все не так уж просто. Фонтаны бывают водометные, каскадные, механические, фонтаны - шутихи (например, в Петергофе), разной высоты, формы и у каждого есть свое название.

Раньше все фонтаны были прямоточными, то есть работали напрямую от водопровода, сейчас применяется «оборотное» водоснабжение, с использованием мощных насосов. Струятся фонтаны тоже по-разному: динамическими струями (могут менять высоту) и статическими струями (струя на одном уровне).

1. Принцип действия декоративных фонтанов

Вода успокаивает, поднимает настроение, позволяет расслабиться, завораживает. Наверное, именно в этом скрывается причина возникшей в последние годы популярности декоративных комнатных фонтанов. Под этим названием – декоративные или "комнатные фонтаны" - производители объединяют сразу несколько принципиально разных типов водных устройств. Первый из них - водопад, или поток воды, падающий с высокого уступа. Второй - каскад. Это серия водопадов, образующихся при наличии небольших уступов. Вода в каскадах переливается по ступенькам-порогам и наклонным поверхностям. Непосредственно фонтанами с бьющей вверх струей, образующей радугу брызг, являются лишь немногие из имеющихся в продаже "водных аттракционов». Декоративные фонтаны и водопады можно условно разделить на проточные и циркуляционные. Циркуляционные отличаются тем, что вода в них бежит по замкнутому кругу. Основной резервуар у них расположен внизу и может представлять собой декоративную, покрытую глазурью чашу из керамики. Форма и размеры чаши варьируются, в зависимости от конфигурации фонтана, и чаще всего, это основание фонтана или мини – водопада. Есть, так же, варианты напольных фонтанов, когда чаша стоит на высокой декоративной ножке. Вода из чаши поднимается выше по шлангу с помощью помпы. Такие помпы достаточно доступны по цене и просты в установке и обслуживании, некоторые модели имеют встроенные фильтры и регуляторы напора. Шланг проходит внутри и не заметен снаружи. Поднявшись до верха, вода стекает по руслу декоративного горного ручья, выливается из кувшина в руке восточной красавицы или спадает вниз серией каскадов и попадает обратно в основной резервуар. Таким образом, фонтаны, основанные на принципе циркуляции, не требуют подключения к ним водопровода и оттока воды. Достаточно залить воду один раз, а затем уже доливать по мере ее испарения (не чаще двух раз в неделю). Декоративные комнатные фонтаны могут способствовать поддержанию оптимальной влажности воздуха в комнате. Проточные чаще всего используются для садового и ландшафтного декора. Их основное отличие в том, что вода в них непрерывно обновляется. Воду из них можно пить (если вода в водопроводе пригодна для питья), умываться, использовать для хозяйственных нужд. Для них предусмотрен резервуар, куда будет стекать вода, и ее отвод в сток. Некоторые фонтаны оснащены подсветкой. Источники света могут устанавливаться внутри и снаружи, в воде.

1.2.Практическая часть

1.2.1.Практическая работа

Когда я познакомилась с историей возникновения, техническим устройством фонтанов и принципом действия декоративных фонтанов, то решила, что, используя принципы технического устройства фонтанов, можно построить механическую модель фонтана. (Приложение 3).

У нас дома были некоторые подручные материалы: помпа для аквариума, позволяющая циркулировать воде, пластиковый контейнер, ракушки, резиновые и пластиковые трубки разного диаметра. И я решила попробовать в домашних условиях изготовить декоративный фонтан для того, чтобы изучить возможность изменения высоты струи фонтана с помощью трубок разного диаметра.

Горку изготовила из фольги и обклеила ее морскими ракушками разной величины. Внутри горки я сделала отверстие и провела в него трубку. Затем подсоединила помпу и на вершину фонтана прикрепила большую ракушку для стока воды. После скрепления всех деталей промазала места соединений водостойким быстросохнущим клеем. Далее я налила воды в резервуар фонтана и включила его в электророзетку. Фонтан работал, но вода не струилась, а стекала вниз, как с водопада. Поэтому я решила провести опыты, чтобы узнать, можно ли повлиять на высоту струи фонтана.

1.2.2. Эксперимент: определение влияния размера диаметра трубки на высоту струи фонтана, изготовляемого в домашних условиях, ее результаты

Цель исследования: влияние размера диаметра трубки на высоту струи фонтана.

Опыт №1

- Присоединила трубку диаметром 10 мм

- Подключила фонтан

- Произвела замеры.

Вывод по опыту №1:

При использовании трубки диаметром 10 мм высота струи фонтана получилась маленькая и составила 1,5 см. (Приложение 4).

Опыт №2

Я применила методику опыта №1 и присоединила к фонтану трубку диаметром 5 мм.

Вывод по опыту №2:

При использовании трубки диаметром 5 мм высота струи фонтана получилась больше и составила 6 см. (Приложение 5).

Опыт №3

Затем я применила методику опыта №1 и присоединила к фонтану трубку диаметром 2 мм.

Вывод по опыту №3:

При использовании трубки диаметром 2 мм высота струи фонтана получилась большая и составила 10 см. (Приложение 6).

Сравнительный анализ результатов опытов №№ 1,2,3

3. Заключение

Анализ полученных экспериментальных данных позволяет заключить, что высота струи декоративного фонтана зависит от размера диаметра трубки: чем меньше диаметр отверстия, тем выше струя воды.

Выполнение работы включило в себя следующие элементы:

• Изучение специальной литературы по теме исследования;

• Уточнение задач опыта;

• Подготовка необходимого оборудования и материалов;

• Подготовка объекта исследования;

• Анализ полученных результатов;

• Выяснение значения полученных результатов для практики;

• Выяснение возможных путей применения полученных результатов на практике.

Целью моей работы было расширение области личных знаний по теме «Фонтаны» (в том числе исторического и политехнического характера); использование полученных знаний для изготовления декоративного фонтана в домашних условиях с целью проведения исследования.

В ходе работы я подтвердила гипотезу: размер диаметра трубки влияет на высоту струи декоративного фонтана, изготовляемого в домашних условиях.

1. Изучила историю возникновения фонтанов и познакомилась со способами изготовления декоративных фонтанов.

2. Провела практическую работу по изготовлению декоративного фонтана и определила, что можно изготовить декоративный фонтан в домашних условиях (Приложение 2), используя подручный материал – пластиковый контейнер, помпа, трубка, фольга, ракушки, клей.

3. Узнала, что можно изменять высоту струи декоративного фонтана с помощью трубок разного диаметра. (Приложение )

4. Таким образом, я подтвердила гипотезу о влиянии размера диаметра трубок на высоту струи фонтана, изготовляемого в домашних условиях.

5. Полученный декоративный фонтан я использовала для увлажнения воздуха в комнате, т.к. сухой воздух неблагоприятно влияет на рост и развитие комнатных растений.

6. Составила рекомендации по изготовлению декоративного фонтана в домашних условиях.

8. Рекомендую изготовленный циркуляционный декоративный фонтан использовать для увлажнения воздуха в помещении и для украшения интерьера, что позволит улучшить здоровье людей, состояние комнатных растений, сэкономить семейный бюджет (Приложение 7).

Данная работа является одним из средств развития интереса к изучению сведений об окружающем мире, техническому творчеству. Полученный материал может быть использован при проведении уроков «Окружающий мир», «Технология».

Теоретическая подготовка к опыту и анализ полученных результатов потребовали от меня комплекса знаний об окружающем мире, по математике, техническому конструированию. Это сыграло большую роль в повышении моей образовательной подготовки.

Работа в выбранном направлении может быть продолжена изучением особенностей сообщающихся сосудов фонтана.

3.Список литературы

1.Бублейников Ф., Веселовский И. «Физика и опыт», М. Просвещение, 1970г.

2.Кючарианц Д.А., Раскина А.Г. "Сады и парки дворцовых ансамблей Санкт- Петербурга и пригородов".

3. Опыты в домашней лаборатории М.,1980г.

4. «Энциклопедический словарь юного физика» Сост. В. А. Чуянов – 2- е М.: Педагогика, 1991 год- 336 стр. иллюстрированный

5. http://www.encspb.ru/article.php?kod=2806262458 Петергофская фонтанная система.

6..http://www.keramart.com/obzory/diekorativnyie_fontany/ustroistvo_i_printsip_dieistviia.html Устройство и принцип действия декоративного фонтана – водопада.

Приложение 1

г. ПЕТЕРГОФ НИЖНИЙ ПАРК

Большой каскад и большой партер

    С террасы Большого дворца открывается величественная панорама Большого каскада, Морского канала и моря.

Архитектурное решение и скульптурное оформление Большого каскада подчинены четкому замыслу - показать утверждение морской мощи России.

Большой каскад. Вазы на балюстраде террасы Большого дворца. .

    64   фонтана, 255 бронзовых скульптур, барельефов, маскаронов и других декоративных деталей ставят Большой каскад в число самых крупных фонтанных сооружений мира.

Большой каскад. Вечер.

Большой каскад.

    По сторонам ковша Большого каскада, на гранитном парапете расположены   фонтаны   "Сирены".

Ковш Большого каскада.   Фонтаны  "Сирены".

Приложение 2

Декоративные фонтаны

Комнатные фонтанчики не являются "профессиональными" увлажнителями, поддерживающими в помещении определенную, заданную вами влажность воздуха. Но они способствуют ее повышению - речь идет о естественном испарении, которое происходит с любой открытой поверхности воды. Интенсивность испарения зависит от площади поверхности (в этом смысле водопады с плоскими чашами и большим количеством уступов более эффективны), объема воды, температуры воздуха, расстояния между водным устройством и отопительными приборами и от интенсивности работы последних. Из практических наблюдений известно, что с невозмущенной поверхности площадью 1 - 1,5 м2 в сутки в среднем испаряется 3 - 4 л воды. У фонтана с брызгами, направленными вверх, при той же площади зеркала за сутки непрерывной работы испаряется 5 - 6 л. Работающий диффузор улучшает увлажнение воздуха. В паспортных данных этих приборов указывается расход от 80 - 100 до 250 мл/ч - именно такое количество воды переводится из жидкого состояния в парообразное. Но часть ее, как мы уже говорили, через некоторое время снова превращается в жидкость. Если же вы хотите более точно установить, насколько повышается влажность воздуха при работающем фонтане, рекомендуем провести серию замеров относительной влажности, воспользовавшись обычными гигрометрами или электронными метеостанциями.

Кстати, это свойство фонтанов - испарять влагу - можно использовать на благо не только человеку, но и комнатным растениям. Водные устройства рекомендуется ставить в гуще почитателей влажного воздуха, к которым относится большинство тропических растений.

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.

Приложение 3

Схематическая модель фонтана, изготовляемого в домашних условиях

Приложение 4

При использовании трубки диаметром 10 мм высота струи фонтана получилась маленькая и составила 1,5 см

Приложение 5

При использовании трубки диаметром 5 мм высота струи фонтана получилась больше и составила 6 см.

Приложение 6

При использовании трубки диаметром 2 мм высота струи фонтана получилась самая большая и составила 13 см.

Приложение 7

Практическое использование фонтана для увлажнения воздуха в комнате и улучшения состояния комнатных растений