Индивидуальный проект

Индивидуальный проект

учащихся 7-ых классов

Муниципальное казенное общеобразовательное учреждение

«Основная общеобразовательная школа № 28»

Творческий проект по физике

«Мир фонтанов»

Автор: Никифоров Никита,

7б класса, МКОУ «ООШ № 28»

Наставник:

Фомина Анна Юрьевна,

учитель физики,

МКОУ «ООШ № 28»

Миасский городской округ

2020

Содержание

Введение …………………………………………………………………………............. 3

1. Из истории фонтанов ……………………………………………………………. 4

2. Фонтаны нашего времени ………………………………………………………. 6

3. Назначение и виды фонтанов …………………………………………………….7

4. Типы фонтанов ………………………………………………………………….... 8

5. Фонтан Герона ……………………………………………………………………..8

5.1. Устройство фонтана и принцип действия ………………………………………9

5.2. Создание модели фонтана, проведение и результаты экспериментов ………..10

5.3.Зависимость высоты струи фонтана от диаметра отверстия наконечника ……10

5.4. Зависимость высоты струи от уровня воды в среднем сосуде …………………10

1. Практическая часть ………………………………………………………………. 11

2. Заключение ………………………………………………………………………. 12

3. Литература ……………………………………………………………………….. 14

4. Приложение ……………………………………………………………………….15

Введение

Говорят, есть три вещи, на которые можно смотреть бесконечно – огонь, вода и звезды. С давних пор вода всегда считалась источником жизни, и замечательным творением природы, на которое большинство людей могу смотреть, не отрывая глаз и получать от этого не передаваемое удовольствие. А вода же, которая бьёт фонтаном, стала к тому же и удивительным украшающим элементом, на который мы может смотреть бесконечно.

Есть в этом что-то первобытное, отчего человек всегда стремится к воде. Воздух у водоема всегда чист, свеж и прохладен. Да и не зря говорят, что вода – «очищает», «омывает», не только тело, но и душу.

К сожалению, в наш век высоких технологий и невиданных скоростей мы не всегда можем позволить себе отправиться на берег ручья или горного водопада и, отрешившись от забот, поразмышлять о вечном.

На данный момент фонтаны нашли огромное применение, как в ландшафтном дизайне, так и в интерьере всевозможных помещений, создавая замечательную атмосферу уюта, которая наполняется вдохновляющим журчанием воды, божественной прохладой и свежестью. Мелодичный плеск воды расслабляет и успокаивает, максимально увлажняя воздух, благоприятно влияя на здоровье, особенно при заболеваниях дыхательной системы, таких как: хронический бронхит, бронхиальная астма, хронические ларингит и фарингит, и рядом с нею дышится легко и чудесно.

Меня всегда интересовал вопрос, как работает фонтан, как и почему жидкость поднимается вверх. Ещё интересно было узнать, историю фонтанов, как они устроены, какие фонтаны бывают. Всё это побудило меня к созданию декоративного фонтана в домашних условиях.

Цель проекта: Познакомиться с принципом работы фонтана. Используя свойства сообщающихся сосудов, построить модель фонтана.

Задачи проекта:

• Углубить знание законов физики о свойствах и движении воды, найти интересную

информацию о фонтанах, используя различные источники;

• Рассказать о красоте фонтанов;

• Спроектировать и создать модель;

• Оформить результаты своей работы для представления в форме презентации;

• Создание своего собственного фонтана.

1. Из истории фонтана

Слово «фонтан» происходит от итальянского «fontana», а оно в свою очередь от латинского «fons», что означает «источник».

Фонтан – это сооружение для подачи и выбрасывания воды под напором; архитектурное, художественное обрамление такого сооружения. Фонтаны имеют очень древнюю историю. Археологи не могут нам по этому поводу точно сказать, когда появились первые фонтаны. Может быть, это были не фонтаны, а просто источники. Но когда культура достигла определенного уровня, эти источники обрели эстетическую ценность. Известно, что фонтаны появились еще до нашей эры. [2]

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. Египтяне сооружали фонтаны во фруктовых садах возле дома, где они устанавливались посреди прямоугольного пруда. (Приложение 1, рис. 1,2)

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

По определенным канонам персидский восточный сад должен был отражать четыре сущности – воду, цветы, растения и музыку, что можно видеть на старинных изображениях и ковровых рисунках. Мусульманские сады были окружены террасами из разноцветной плитки, брызги фонтана, отражаясь от них, создавали необыкновенную игру света и тени. (Приложение 1, рис.3)

Позже по их подобию были построены сады в Толедо, Гранаде и других городах.

В садах другого типа единство создавали – вода, цветы, деревья, свет и тень. Ярким примером такой ландшафтной архитектуры являются сады Тадж Махала в Индии и сады Шалимара. В таких садах важным акцентом являются полноводные источники, сбегающие с гор, где у подножия их русла искусственно поворачивают, создавая водоемы и водопады. (Приложение 2, рис1,2)

Огромное значения фонтаны имели в Китае и Японии. Самый знаменитый японский сад Киото – в его создании участвовали монахи буддисты. Каждый элемент этого сада – несет в себе особое значение и вызывает у посетителей определенное настроение и состояние души. [3]

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 эпоху Средневековья фонтаны использовались как источники водоснабжения – для полива и питья. (Приложение 2, рис 3)

Только с началом Эпохи Возрождения фонтаны в Европе становятся частью архитектурного ансамбля, его ярким акцентом, а порой главным элементом. Римский стиль стал главенствующим. [1]

На помощь к природным источникам пришли насосы и вместо подземных ключей на римских холмах забили фонтаны. Примером итальянского ренессанса служит вилла Ланте.

Постепенно новые веяния в архитектуре распространялись по всей Европе.

Наибольший рассвет ландшафтно-паркового искусства был достигнут во Франции в 17 веке, его венцом стал Версаль – король регулярных парков, ставший основой для создания подобных дворцово-парковых ансамблей во всем мире.

В конце 17 века с приходом «романтизма» претерпело изменение и ландшафтное искусство. В моду вошли парки в «английском стиле», когда все наиболее приближено к «дикой» природе, без шика и помпезности. Архитектура водных источников также отличалась природной естественностью и простотой. [4]

В период Эпохи Возрождения фонтаны в Европе украшают собою архитектурные ансамбли. Мало того, нередко на них делается основной упор, они становятся ключевой деталью. Главенствует римский стиль. Истинной законодательницей моды в архитектуре и, в частности, в искусстве создания так называемых регулярных парков (т.е. симметричных, имеющих геометрически правильные планы) с целыми фонтанными системами, стала Франция. Классический пример – Версаль XVII в. Фонтаны Версаля возникли в одно время с городом. Их строили, вооружившись последними научными достижениями того времени, одновременно обеспечивая изящество исполнения. 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. [3]

Надо признать, что фонтаны Петергофа в чем-то превзошли свой французский прототип. В них представлено множество одно- и многоструйных фонтанов, солирующих, парных, сгруппированных в ряды, фонтанов в виде водяных колоколов и столпов. Рисунки струй не повторяются, это веера, букеты, завесы и т.д. Различны Петергофские фонтаны и по звучанию – от чуть слышимого шелеста до оглушительного торжествующего гула.

Теперь идеи искусства получили новое воплощение – соединив в себе задумки архитекторов, художников и специалистов высокотехнических областей. Новым веянием стала фееричная игра цвета, искусство освещения, сочетание музыки, света, динамики. Прогресс не стоит на месте, кто знает, какими станут фонтаны уже к середине этого столетия… (Приложение 3)

2. Фонтаны нашего времени

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.

Самый знаменитый фонтан в Риме - фонтан Треви. Он завершает собой акведук Аква Вирго, построенный еще до рождества Христова. Центральная фигура фонтанной композиции – Нептун, бог моря у древних римлян. Он управляет колесницей в форме морской раковины, в которую запряжены морские коньки. (Приложение 4, рис 1)

Фонтаны, построенные в Италии, знамениты на весь мир, в том числе и благодаря своей древности. «Фонтан Дракона», расположенный в «вилле д"Эсте», к примеру, был построен в 1572-м году. Парки и фонтаны Тиволи являются прародителями для многих фонтанов по всему свету, но и сейчас остаются одними из красивейших на всей планете. (Приложение 4, рис.2)

О фонтанах Санкт-Петербурга можно говорить бесконечно, без них сложно представить северную столицу. Центральное место в композиции большого каскада занимает знаменитый фонтан Самсон, раздирающий пасть льву. День святого Самсона, победившего льва совпал с разгромом шведов под Полтавой 27 июня 1709 года Большой каскад составляют 64 фонтана, 255 скульптур, барельефов, маскаронов и других декоративных архитектурных деталей, что позволяет считать это фонтанное сооружение одним из самых крупных в мире. (Приложение 4, рис.3)

Высокий Женевский фонтан стал символом города довольно быстро. Его высота 140 метров, а скорость выброса воды составляет 200 км/ч. Изначально фонтан располагался выше по реке Роны и был мало известен, но стоило властям города перенести его поближе к центру города и сделать из него туристический аттракцион, и теперь без этого фонтана Женеву представить невозможно. (Приложение 5, рис.1)

Фонтан Дубай — музыкальный фонтан, расположенный рядом с небоскрёбом Бурдж-Халифа. Это один из самых больших и высоких фонтанов в мире. Высота его струй достигает 150 метров, примерно высоты 50-го этажа. И тем не менее, это всего лишь одна пятая высоты небоскрёба. Фонтан подсвечен 50 цветными прожекторами и 6000 источниками освещения. (Приложение 5, рис.2)

Один из самых знаменитых фонтанов Америки расположен в Лас Вегасе – это фонтан «Bellagio», который дает представления каждый вечер. Именно так – на шоу, которое дает этот фонтан на берегу большого искусственного озера, съезжаются туристы со всего мира. Фонтан «танцует» под музыку известных певцов. (Приложение 5, рис.3)

1. Назначение и виды фонтанов

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

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

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

Существует несколько видов фонтанов:

• Естественные (естественно образовавшиеся фонтаны, называющиеся гейзерами).

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

• Искусственные (фонтанирующая нефтяная скважина).

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

1. Типы фонтанов

Сегодня фонтаны разделились на два почти независящих друг от друга понятия: фонтан как произведение искусства и как питьевое оборудование.

С ухудшением экологии люди стали следить за составом того, что принимают в пищу или питье. Даже в тех странах, где санитарные нормы позволяют пить воду из водопровода, люди не рискуют и стараются пить очищенную питьевую воду.

Питьевые фонтаны имеют системы очистки воды и функции подогрева или охлаждения. Служат как предмет бытовой техники, без которой сложно представить наше сегодня. Питьевые фонтаны можно встретить в школах, офисах, цехах и административных помещениях. В некоторых странах питьевой фонтанчик можно увидеть даже не вокзалах и уличных площадях.

Существует несколько типов фонтанов (Приложение 7)

Они различаются архитектурным решением, местом расположения, видом форсунок, благодаря которым вы можете создать неповторимый рисунок движения воды. Чаще всего используются распылители следующих видов (Приложение 6)

Различие состоит в том, что под куполом распылитель имеет несколько отверстий, из которых выбрасываются струи воды одинаковой высоты, создавая изящный рисунок.

Разнообразие фонтанов создается с помощью различных комбинаций их типов и видов распылителей. Наиболее часто используются простые классические формы, в то время как передовые современные дизайнеры отдают предпочтение оригинальным и уникальным разработкам. [6]

1. Фонтан Герона

Две тысячи лет назад Герон открыл эру механизации, создавая машины, которые до сих пор потрясают наше с вами воображение. Герон жил в Александрии в те времена, когда этот город был самым многонациональным в мире. Это прекрасное место, где когда-то жила неотразимая царица Клеопатра, сосредоточило в своих недрах все знания классического мира. Великие умы приезжали сюда ради торговли самым ценным из богатств — ни золотом, ни рабами, ни серебром, a знаниями. Два тысячелетия назад это был центр мировой науки. Банком этих знаний была великая библиотека. Здесь были собраны труды греков, египтян и других народов. Свитки были заполнены баснями, стихами, трудами математиков и философов. Именно там хранились все изобретения Герона. Ни одна из его машин не сохранилась до наших дней, и мы почти ничего не знаем o самом изобретателе, но имеем представления о ero чудесных творениях, ведь описания этих машин дошли до нас в виде копий тех свитков, что писал Герон. Среди ero изобретений есть такие, которые предназначаются для дома, a другие использовались как развлечение на званых обедах, некоторые производили спецэффекты в театре (звенели, жужжали, свистели, создавали звуки животных и так далее). (Приложение 10)

Список изобретений:

• Автоматические двери

• Торговый автомат

• Переносной насос для тушения пожаров

• Превращение воды в вино

• Фонтан Герона

• Музыкальная шкатулка предсказаний

• Геркулес и дракон

• Полиболос

• Автоматический ручной арбалет Герона

• Автоматические передвижные декорации Герона

• Автоматический театр Герона

• Диоптра Герона (теодолит)

• Одометр Герона (для измерения расстояний)

• Паровой бойлер Герона

• Паровая реактивная турбина Герона

• Теоретические достижения Герона

Одно из них — красивая чудо-чаша в храме, из которой бил фонтан. Нигде не было видно никаких подводящих труб, а внутри — механизмов. Удивительное творение античного изобретателя Герона Александрийского — «вечный» фонтан.

1. Устройство фонтана и принцип действия

Каждая емкость фонтана служит для определенной цели. Фонтан Герона начинается с чаши. Она представляет собой миску, наполненную водой, из которой отходит тонкая трубка, направленная в нижнюю емкость. Именно по ней вода начинает свое движение. Эта емкость пуста. В ней накапливается вода, которая, поднимаясь вверх, создает давление воздуха, поднимающегося по тонкой трубке, и попадает в верхнюю емкость, наполненную водой. Отсюда воздух выталкивает воду, которая движется по трубке в чашу с водой и создает струю, что видна над поверхностью жидкости. Фонтан Герона может работать очень долго, но емкости приходится менять местами. Потому что нижняя часть постепенно наполняется водой, а верхняя - воздухом, а значит, перестает создаваться нужное давление.

1. Создание модели фонтана, проведение и результаты экспериментов

Для создания модели фонтана я взял 3 пластиковые бутылки (2 по 0,5л ), капельницу и наконечники. У бутылки 0,5л отрезал верхнюю часть – это будет чаша.

Из капельницы нарезал три трубочки, две крышки от бутылок по 0,5 склеил и сделал в них 2 отверстия. Одну бутылку склеил с крышкой «чаши» и просверлил 2 отверстия. В отверстия вставил трубочки. Для герметичности я использовал клей и герметик.

5.3 Зависимость высоты струи фонтана от диаметра отверстия наконечника

(высота воды в сосуде одинаковая во всех опытах)

Вода в среднем сосуде находится на одной и той же высоте H, внутренний диаметр наконечника d.

Вывод: чем меньше диаметр выходного отверстия трубочки, тем выше бьёт струя фонтана.

1. Зависимость высоты струи от уровня воды в среднем сосуде

(диаметр отверстия наконечника одинаковый во всех опытах)

Отношение h/H сохраняется, как 1/2 во всех измерениях.

Вывод: чем выше уровень воды в сосуде (резервуаре с водой), тем выше бьёт струя фонтана. (Приложение 9)

1. Практическая часть

Фонтан – это сообщающийся сосуд, имеющий между собой сообщение или общее дно. Устройство фонтана основано на принципе сообщающихся сосудов, известного нам из физики: в сообщающихся сосудах поверхности однородной жидкости устанавливаются на одном уровне. Воду собирают в емкость, расположенную выше бассейна фонтана. При этом давление воды на выходе из фонтана будет равно разнице высот воды. (Приложение 8)

Проблемы по разработке возникли сразу. Первый вопрос, который мы себе задали - как это сделать, из какого материала и с помощью каких инструментов? Мы предлагаем свой вариант и объяснения.

Для изготовления фонтана нам понадобятся:

• 3 бутылки для воды с отверстием для силиконовой трубки;

• 2 силиконовые трубки от медицинского набора для капельницы;

• пищевой краситель (зеленка);

• клей.

Использование приборов из подручных средств позволяет создать модель фонтана даже в домашних условиях. [7]

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

Созданная нами модель была испробована с использованием воды, окрашенной пищевым красителем синего цвета. Результат проверки показал, что модель работает исправно, возникшие в ходе сборки недочеты, такие как утечка воды из резервуара были устранены. (Приложение 11)

В ходе выполнения работы были сделаны следующие выводы:

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

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

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

1. Заключение

Фонтаны имеют многовековую историю. За тысячелетия изменялись формы и виды фонтанов. Но без изменения остался основной принцип их устройства – принцип сообщающихся сосудов. Конечно, при современном развитии техники можно заказать и построить самый сложный и изысканный фонтан, снабдив его подсветкой, сопроводив музыкальным сопровождением, заставить плавать и танцевать. А можно создать произведение искусства и своими руками, претворив в жизнь свои собственные фантазии. Именно так и был создан наш собственный проект.

В наше время комнатные фонтаны пользуются популярностью. Они представляют собой декоративное устройство, привносящее в нашу жизнь радость, ощущение уюта и комфорта и к тому же оказывает благоприятное воздействие, как на здоровье, так и на психику его владельца.

Изготовленная мною модель оказалась интересной и полезной. Думаем, что она пригодится и учащимся, и учителям нашей школы. Для себя я получил дополнительные знания в области физики укрепив свой интерес к этой науке. И конечно, я получил массу положительных эмоций в процессе подготовки и выполнения своего проекта. Я уверен, что с задачей, которую поставил перед собой, справился.

В результате проведенной работы я узнал, как образуется фонтан Герона. Основа его работы содержит принцип действия сообщающихся сосудов, а подъём воды происходит за счёт разности высоты воды в сообщающихся сосудах. Я изготовил модель фонтана Герона и провел несколько экспериментов по изучению свойств фонтана. Исследовав, от чего зависит высота струи фонтана, я пришел к выводу струя фонтана будет выше, если:

• выше уровень воды в водяном хранилище (резервуаре с водой),

• меньше диаметр выходного отверстия трубочки,

Фонтан прост в исполнении и доступен. Имея незаурядные подручные материалы, можно без труда создать этот маленький «шедевр» и (не без помощи фантазии, разумеется) превратить его в настоящее произведение искусства. Он хорош как в доме, так и на улице. Ведь он работает без электричества. Удобен он и в роли наглядного представления некоторых физических законов, ведь, как говорится, лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать. Работает он совершенно бесшумно и не отвлекает. Фонтан Герона может быть актуален и в наши дни, хотя и был придуман две тысячи лет назад. Это не просто наглядное представление некоторых физических законов, это, при желании, декоративное и полезное украшение интерьера, «изюминка» вашего дома или участка.

В ходе выполнения проекта были решены следующие задачи:

• изучена история возникновения фонтанов;

• рассмотрены назначение и виды фонтанов;

• изучены физические основы работы фонтана;

• сконструирован фонтан;

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

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

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

Созданная мною модель может применяться для демонстрации фонтана на уроках физики в 7-х классах общеобразовательной школы.

Литература

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

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

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

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

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

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

12