Учебный проект "Так ли прост фонтан?"

Муниципальное общеобразовательное учреждение

Шаранчинская средняя общеобразовательная школа

Проект:

ТАК ЛИ ПРОСТ ФОНТАН?

Автор проекта: Неупокоев Кирилл Алексеевич, ученик 7 класса

Руководитель проекта: Маркова Лариса Николаевна, учитель физики

Шаранча

2019 год

Введение

На одном из уроков физики мы изучали тему «Сообщающиеся сосуды». Оказалось, что к сообщающимся сосудам относятся фонтаны.

Фонтаны всегда привлекают к себе внимание, и чаще всего благодаря не журчанию воды, а потрясающему дизайну. Их форма, размер и материал могут быть различны, и они, без сомнения, способны украсить любой уголок сада, площади или парка.

Кстати, ученым удалось научно объяснить факт, почему, находясь рядом с фонтаном, человек испытывает положительные эмоции, а нередко настоящий восторг. Это брызги от фонтана привносят в воздух отрицательные ионы, благотворно влияющие на наш организм. Медики называют их витаминами здоровья.

В Борзе я видел фонтан и мне он очень понравился. Я захотел сделать модель фонтана своими руками

Проблема:

Проблемы по изготовлению фонтана возникли сразу. Первый вопрос, который я себе задал – как это сделать, из какого материала и с помощью каких инструментов? Какие знания мне понадобятся? Где собирать информацию? Как украсить фонтан декоративно?

Объект исследования: фонтан.

Предмет исследования: процесс создания и использования фонтана

домашних условиях.

Предмет исследования: процесс создания фонтана своими руками и его использование.

Предмет исследования: процесс создания и использования фонтана

домашних условиях.

Предмет исследования: процесс создания и использования фонтана

домашних условиях.

Цель: Расширить область личных знаний по вопросам физических явлений для создания модели фонтана.

Задачи:

1. Изучить историю создания фонтанов.

2. Изучить принцип работы фонтана;

3. Использовать полученные знания для выполнения модели фонтанов;

4. Провести эксперимент с фонтаном.

Гипотеза: Если я узнаю, как устроены фонтаны, и по какому принципу они работают, то смогу создать небольшой фонтан своими руками.

План проекта:

1. История создания фонтанов;

2. Принцип работы фонтанов;

3. Удивительные фонтаны мира;

4. Презентация фонтана;

5. Эксперименты с фонтаном;

6. Вывод.

Раздел 1. История создания фонтанов

Почти вся история человечества связана с фонтанами. Первые фонтаны возникли в Древнем Египте и Месопотамии, о чем свидетельствуют изображения на древних надгробиях. Изначально они использовались не столько для красоты, сколько для полива выращиваемых культур и декоративных растений.

Жители Месопотамии оборудовали садовые фонтаны и использовали их в качестве ирригационных систем. Орошаемые ими сады, расположенные в сухих высокогорных районах, прославились своими тенистыми аллеями и сочными плодами.

Особой славой овеяны и фонтаны Древнего Египта. Египтяне придавали фонтанам как практическую, так и декоративную значимость. Они черпали из них воду для своих садов, устраиваемых прямо внутри жилищ, обнесенных стенами, при этом сады представляли собой не только фруктовые деревья, но и удивительные декоративные растения.

Очень популярны были садовые фонтаны в древней Персии, 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 и музыку. Обычно сад был поделен на 4 части – одна отводилась под деревья для отдохновения и защиты от палящего солнца, на другой благоухали яркие цветы, на третьей звучала и ублажала людей музыка, а на четвертой располагались фонтаны, служившие, в первую очередь, водными резервуарами для орошения. Однако устроители садов не забывали и о красоте: стены и террасы, окружавшие сады, украшались яркой плиткой, фонтаны же строились с целью создания особой игры света и тени. Эффект был потрясающим!

Персидским садам и фонтанам исторически суждено было оказать заметное влияние на европейскую архитектуру. Солдаты Рима, принимавшие участие в восточных походах, так ярко живописали устройство персидских садов и фонтанов, что некое их подобие вскоре появилось и в Древнем Риме.

Однако римские фонтаны – это уже и нечто особенное! 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. Кстати, римляне первыми начали применять в устройстве фонтанов насосы.

В период Эпохи Возрождения фонтаны в Европе украшали собою архитектурные ансамбли. 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. 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  превзошли свой французский прототип. Это грандиозный музей фонтанного искусства XVIII-XIX вв. Здесь 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.

История фонтанов чрезвычайно богата и зачастую скрывает немало загадок и тайн. Например, в Средние века именно фонтаны были центром монастырских садов. Считалось, что они содействовали эффективности молитв, способствовали уединению и размышлениям о боге, что, несомненно, приветствовалось. Многие фонтаны возводились во славу богов, а посему наделялись чудесными качествами, считалось, что цари небесные будут более милостивы к смертным. Богачи, в чьих дворцах сооружались фонтаны, были уверены, что они намного ближе к богам, чем бедняки.

Современные фонтаны многолики: одни, словно отдавая дань веку техники и машин, вобрали в себя сложность инженерии и конструктивизма, другие, напротив, – стремятся к естественности, дикой природе. Хороши – все! [1]

Принцип работы фонтанов

Современный фонтан – это сложное гидротехническое сооружение, требующее для своей постройки глубоких инженерных знаний и точных гидродинамических расчетов.

Повседневный опыт учит нас, что жидкости действуют с известными силами на поверхность твердых тел, соприкасающихся с ними. Эти силы мы называем силами давления жидкости. Прикрывая пальцем, отверстие открытого водопроводного крана, мы ощущаем силу давления жидкости на палец. Боль в ушах, которую испытывает пловец, нырнувший на большую глубину, вызвана силами давления воды на барабанную перепонку уха. Термометры для измерения температуры в глубине моря должны быть очень прочными, чтобы давление воды не раздавило их. Ввиду огромных сил давления на большой глубине корпус подводной лодки должен иметь гораздо большую прочность, чем корпус надводного корабля. Силы давления воды на днище судна поддерживают судно на поверхности, уравновешивая действующую на него силу тяжести. Силы давления действуют на дно и на стенки сосудов, наполненных жидкостью. Наконец, силы давления действуют со стороны одних частей жидкости на другие. Это значит, что если мы удалили какую-либо часть жидкости, то для сохранения равновесия оставшейся части нужно было бы приложить к образовавшейся поверхности определенные силы. Необходимые для поддержания равновесия силы равны силам давления, с которыми удаленная часть жидкости действовала на оставшуюся часть.

Силы давления на стенки сосуда, заключающего жидкость, или на поверхность твердого тела, погруженного в жидкость, не приложены в какой-либо определенной точке поверхности. Они распределены по всей поверхности соприкосновения твердого тела с жидкостью. Поэтому сила давления на данную поверхность зависит не только от степени сжатия соприкасающейся с ней жидкости, но и от размеров этой поверхности. Для того чтобы охарактеризовать распределение сил давления независимо от размеров поверхности, на которую они действуют, вводят понятие давления. Давлением на участке поверхности называют отношение силы давления, действующей на этот участок, к площади участка. Очевидно, давление численно равно силе давления, приходящейся на участок поверхности, площадь которого равна единице.

Будем обозначать давление буквой р. Если сила давления на данный участок равна F, а площадь участка равна S, то давление выразится формулой р = F/S.

Если силы давления распределены равномерно по некоторой поверхности, то давление одно и то же в каждой ее точке. Таково, например, давление на поверхности поршня, сжимающего жидкость. Нередко, однако, встречаются случаи, когда силы давления распределены по поверхности неравномерно. Это значит, что на одинаковые площади в разных местах поверхности действуют разные силы. Нальем воду в сосуд, в боковой стенке которого сделаны одинаковые отверстия. Мы увидим, что нижняя струя вытекает на большее расстояние, верхняя на меньшее. Это значит, что в нижней части сосуда давление больше, чем в верхней части.

Сосуды, имеющие между собой сообщение или общее дно, принято называть сообщающимися. Возьмем ряд сосудов различной формы, соединенных в нижней части трубкой. Если наливать жидкость в один из них, жидкость перетечет по трубкам в остальные сосуды и установится во всех сосудах на одном уровне. Объяснение заключается в следующем. Давление на свободных поверхностях жидкости в сосудах одно и то же; оно равно атмосферному давлению. Таким образом, все свободные поверхности принадлежат одной и той же поверхности уровня и, следовательно, должны находиться в одной горизонтальной плоскости. Если же жидкость в сообщающихся сосудах находится на разных уровнях (это можно достичь, если поставить между сообщающимися сосудами перегородку или зажим и долить жидкость в один из сосудов), то создается так называемый напор жидкости. В жизни они встречаются довольно часто: различные кофейники, лейки, водомерные стекла на паровых котлах, шлюзы, водопровод, коленом согнутая труба всё это примеры сообщающихся сосудов. Принцип действия сообщающихся сосудов лежит в основе работы фонтанов.

Сегодня мало кто задумывается, как функционируют фонтаны. И действительно, что здесь особенного? Серебристые струи воды, под напором, взмывают в высь 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). В основном фонтаны сохраняют свой исторический облик, только "начинка" у них современная.

Удивительные фонтаны мира

Рассмотрев множество фонтанов в процессе изучения данной темы, я решил составить собственный список самых красивых и удивительных фонтанов мира.

1. Фонтан короля Фахда (Джидда, Саудовская Аравия)

О любви человечества к фонтанам свидетельствуют многие факты. Сегодня фонтаны – это не только красота воды, красота натурального камня, но и применение высоких технологий. Поражает воображение фонтан короля Фахда в Джидде, в котором вода Красного моря способен подняться на высоту до 312 м, что даже выше Эйфелевой башни! Мощнейшая насосная станция размещена на глубине более 20 м под водой. Расход воды в каждом из двух действующих насосов – 2250 т/ч

1. Фонтан Дружбы Народов (Москва, Россия)

Этот величественный монументальный фонтан является один из символов нашей столицы. Его украшают 16 позолоченных статуй дев в национальных костюмах республик бывшего Советского Союза. Фонтан обрамляет гигантская восьмиугольная чаша из красного гранита, объёмом около 4000 кубометров. Фонтан Дружбы Народов управляется сложной системой из восьми мощных насосов, которые за секунду способны выбрасывать более 1200 литров воды из 800 струй на высоту 24 метров, создавая красивые узоры.

1. Фонтан Сваровски (Ваттенс, Австрия)

Это красивое произведение искусства находится в технопарке Кристаллические миры Swarovski в Австрии. Парк и музей были созданы в 1995 году по проекту художника Андре Хеллера. Сам музей располагается под землей, а на поверхности находится только вход, который представляет собой голову великана. Глаза великана сделаны из зелёных кристаллов, а изо рта бьет нескончаемым потоком льется вода.

1. Магический фонтан Монжуика.

Фонтан расположен в районе горы Монжуик, в пригороде Барселоны. Его построили в 1929 году для проведения Международной выставки в столице. В то время он мог демонстрировать только световое шоу. В 1980-х годах его оснастили специальным оборудованием, которое позволяло сопровождать световое шоу музыкой, и ко времени проведения летней Олимпиады 1992 года фонтан предстал перед зрителями во всей своей красе.

1. Фонтана короля Фада, Джидда.

Фонтан, известный под названием «Фонтан Джидды», является самым высоким в мире среди собратьев такого типа. Благодаря своей струе, которая достигает 312 м в высоту, он виден со всех уголков острова Джидда, где он расположен. Фонтан работает не на пресной, как большинство сооружений, а на соленой воде Красного моря. Каждый вечер фонтан освещают более 500 прожекторов. 

1. Cкульптура-фонтан «Метаморфозы», США.

Голова состоит из множества одинаковых пластин из нержавеющей стали, уложенных друг на друга, которые постоянно вращаются, создавая самые невероятные сочетания из, казалось бы, самых обычных "черт лица".

1. Магический Фонтан «Кран, висящий в воздухе», Кадис, Испания.

2. Фонтан-водоворот «Харибда», Сандерленд, Великобритания.

3. Водопад ныряльщиков в DubaiMall.

Этот водопад имеет 24 метра в высоту и 30 метров в диаметре. Он проходит через все четыре уровня торгового центра, однако большая его часть все же не видна посетителям, поскольку конструкция действительно масштабная. Характерной особенностью этого места являются ныряльщики, выполненные из стеклопластика, которые напоминают нам об истории этого народа. Раньше, до того, как здесь была найдена нефть, основным промыслом, который приносил людям деньги, была добыча жемчуга. И только эта опасная, но более-менее оплачиваемая работа могла позволить людям нормально жить.

1. Фонтан «Меркурий».

Испания богата необычными достопримечательностями, а знаменитый ртутный фонтан «Меркурий» в Барселоне смело можно назвать одним из самых впечатляющих сооружений. Он только своим существованием уверенно бросает вызов привычному положению вещей. К тому же фонтан «Меркурий» не просто оригинальная достопримечательность для привлечения туристов, это еще и настоящий символ ртутной промышленности, которая необычайно развита в Испании В испанском городе Альмаден находится одно из крупнейших в мире месторождений ртути — первые шахты по добыче этого уникального жидкого металла появились здесь еще в 1 тысячелетии до нашей эры. С тех пор было добыто свыше 500 тысяч тонн! Но, как известно, это один из наиболее токсичных металлов и даже непродолжительные прямые контакты с ним чреваты серьезными негативными последствиями.

Впрочем, раньше о них не знали, поэтому ртуть активно использовали не только в промышленности, но и даже в медицине, соответственно, до определенного времени никто не понимал, почему многие добытчики тяжело болели и умирали в молодом возрасте. К тому же в большинстве своем те, кому довелось трудиться на шахтах Альмадена, были преступниками и рабами, о здоровье которых не принято было беспокоиться. Но в 1937 году было решено почтить память о тех, кто погиб при добыче ртути, и Mercuryfountain стал действительно лучшим вариантом.

Раздел 2. Экспериментальный

Опыт №1 «Зависимость высоты струи в фонтане от взаимного расположения сообщающихся сосудов» 

Ход работы:

Меняя высоту резервуара, при постоянном диаметре отверстия измерял высоту струи фонтана.

Вывод: высота струи фонтана зависит: от взаимного расположения сообщающихся сосудов, чем выше один из сообщающихся сосудов, тем высота струи больше.

Опыт №2 «Зависимость высоты струи в фонтане от диаметра отверстия»

Ход работы:

Не меняя высоту резервуара, брал трубки с разным диаметром отверстия и измерял высоту струи.

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

Фонтан «Змейка»

Для создания своего фонтана, я использовал тоненькую трубку, чтобы расход воды был меньше, дольше работал фонтан, струя была выше. Для изготовления бассейна взял желтый поддон, проделал в нем отверстия для трубки и слива воды. Под бассейн установил пластмассовое ведро. Сверху ведро накрыл картоном в виде круга с отверстием для поддона. Все это украсил красивой бумагой. Сам бассейн дополнил декоративными фигурками.

Самооценка

Мне очень понравилось работать над фонтаном. Он получился довольно красивым. Я узнал много нового о фонтанах и об их истории. В результате остался доволен проделанной работой. Принцип сообщающихся сосудов мной использован на практике.

Выводы:

1. Я изучил принцип работы фонтанов и построил комнатный фонтан проточного типа, работающий на законе сообщающихся сосудов.

2. Струя воды в фонтане бьет за счет разности высот воды в сообщающихся сосудах.

Источники информации:

1. http://www.mako.ru/?show_aux_page=361

2. http://www.mirfontanov.ru/fountain_history.html история создания фонтанов

3. http://www.istex.ru/fontany/6-sxema-ustrojstva-fontana.html история техники

4. http://clubs.ya.ru/4611686018427455831/replies.xml?item_no=15576 – анимация фонтана

5. http://www.s-cont.ru/node/7919 - фонтаны Версаля

6. http://kluver.ru/forum/101-408-1 – фонтаны Петергофа