Действующий фонтан по физике

Берем бутылочку со вставленной в пробку трубочкой из стрержня шариковой ручки или обыкновенной аптечной пипетки. Только у нее стеклянная трубочка слишком коротка. Поэтому лучше оставить и резиновый мешочек, срезав его донышко ножницами.

В пробке прожги раскаленным гвоздем отверстие и вставь в него трубочку очень туго. Если получится слабовато, залей щель воском или варом. Подбери небольшую бутылочку, которую пробка закрывала бы плотно.

Налей в эту бутылочку почти до горлышка воду, слегка подкрашенную чернилами, и заткни пробкой.
Вода в бутылочке находится под атмосферным давлением. Снаружи давление такое же.

Как сделать, чтобы фонтан забил?

Опыт 1

Для этого есть два способа. Первый — уменьшить давление снаружи.
Поставь бутылочку в мелкую тарелку. Налей в эту тарелку немного воды и разложи листки промокательной бумаги. Возьми трехлитровую стеклянную банку и подержи ее перевернутой над горящей свечой, над плитой или электроплиткой. Пусть прогреется хорошенько, пусть наполнится горячим воздухом.

Готово?
Ставь ее вверх дном на тарелку, края — на промокашку. Теперь бутылочка накрыта. Воздух в банке начнет остывать, вода из тарелки будет всасываться. Скоро она вся уйдет под банку. Эй, берегись, сейчас воздух проскочит под краями! Но мы ведь не зря подложили промокашку. Крепко надави на дно банки, она прижмет мокрые листки, и воздух не проскочит. Фонтан забьет!

Опыт2

Фонтан можно привести в действие и другим способом. Воздух в бутылочке надо сжать! Возьми верхний конец трубочки в рот и вдувай воздух сколько хватит силы. Из нижнего конца трубочки побегут пузырьки.

А теперь отпускай. Смотри, как славно забил наш фонтан!
Жаль только, что он недолго действует. Это потому, что запас сжатого воздуха быстро кончается. Чтобы фонтан работал дольше, надо воды в бутылочку наливать немного. Все равно для работы фонтана ее хватит, а воздуха в бутылочку войдет больше. И подкрашивать воду чернилами не надо. Ведь этот фонтан будет бить не под стеклянной банкой, он и без чернил хорошо будет виден. А трубочку здесь приходится брать в рот.

Опыт 3

Этот фонтан похож на предыдущий. Внутри бутылочки создается повышенное давление. Только не вдуванием воздуха, а другим способом.

Положи в бутылочку несколько кусочков мела и заполни ее на три четверти уксусом. Быстро закупорь ее пробкой с трубочкой и поставь в раковину или большой таз, чтобы уксус не попал, куда не надо. Ведь в бутылочке начнет выделяться углекислый газ, и под его давлением из трубки забьет уксусный фонтан!

ФОНТАН В БУТЫЛКЕ

Возьмите небольшую бутылку или флакон, просверлите в пробке отверстие и вставьте в него отработанный длинный стержень от шариковой ручки. Предварительно нужно очистить стержень от остатков пасты, используя для этого проволочку и кусочек ваты, смоченной в одеколоне. Для лучшей герметичности залепите пластилином место на пробке, где вставлена трубка. Стержень должен немного не доходить до середины флакона, а его наружный конец пусть возвышается над пробкой на несколько сантиметров. Отверстие конца стержня, который находится внутри флакона, предварительно надо уменьшить в диаметре. Это можно сделать, вставив в него пробочку из куска спички и проколов ее тонкой иголкой.

Налейте в кастрюльку воду, поставьте в нее флакон (чтобы он не плавал!) и доведите воду до кипения. Пусть вода покипит несколько минут. Пока вода кипит, приготовьте на столе стакан с водой, подкрашенной красной акварельной краской или крупинкой марганцовки. На стакан положите кусок картона с отверстием, в которое сможет войти горлышко бутылочки или флакона со стержнем от шариковой ручки.

Теперь надо действовать решительно и быстро: выньте флакон из кипящей воды и, перевернув вверх дном, вставьте его в отверстие приготовленной картонки на стакане, при этом наружный конец стержня опустится в подкрашенную воду. Из кончика стержня во флаконе начнет бить тонкая цветная струйка фонтана. Когда вы кипятили воду, часть горячего воздуха, расширившегося от нагревания, вышла из флакона, в нем образовалось разреженное пространство, а наружное атмосферное давление вогнало в него воду из стакана. При этом струйка холодной воды тоже помогла охладить воздух внутри флакона и уменьшить его объем.

Теперь, когда струя перестала подниматься, посмотрите, сколько воды набралось во флакон. Ровно столько воздуха вышло из него, когда его готовили к опыту — кипятили в кастрюльке.

ФОНТАН НА СТОЛЕ

Понадобится трубка длиной 30−40 см, чем она шире, тем дольше будет бить фонтан. Вырежем два кружка, плотно входящих в трубку. Пустой стержень от шариковой ручки наискось разрежем пополам. Наконечник вынем, изнутри иголкой вытолкнем шарик и вставим наконечник обратно.

Половина стержня с наконечником пропущена сквозь один кружок, вторая половина сквозь другой. Наискось режут для того, чтобы половинки, даже уперевшись в кружки, не оказались закрытыми.

Нижним концом игрушки зачерпываем воду из ванны и ждём, когда польётся из наконечника. Затем переворачиваем. Вода остаётся только между кружками. В этом положении опускаем игрушку в ванну, что показано на другом рисунке.
Вода заполняет игрушку снизу, вытесняя воздух в отсек между кружками. Он давит на воду, находящуюся там, — и из наконечника бьёт струя.

Теперь можно приступить к изготовлению настольного фонтана. Понадобятся пластмассовые кубики, тарелка тоже из пластмассы, трубки и опять же пустой стержень с наконечником. На третьем рисунке — схема того, что выйдет (только не показан каркас, на котором всё закреплено).

При начале действия вода находится в верхних кубиках. Вода из первого верхнего течёт во второй нижний. Обратите внимание, трубка обрезанным наискось концом упёрта в дно кубика. Воздух из него по следующей трубке поступает во второй верхний кубик. Также обратите внимание, что эта трубка проведена от «потолка» до «потолка». И так далее. Из последнего верхнего кубика бьёт фонтан в тарелку. Из неё вода течёт в первый нижний.

Если бы мы взяли только пару кубиков, то фонтан получился бы маленьким. А здесь — столб воды из тарелки вниз, потом из первого верхнего кубика вниз, потом из второго верхнего вниз. С каждым столбом давление возрастает, а с ним и высота струи. По сути, перед нами как бы водонапорная башня, которую разрезали на три части (как колбасу поперёк) и поставили их в ряд. Можно взять не три пары кубиков, а любое число пар.

По окончании действия вся вода оказывается в нижних кубиках. Переворачиваем установку. Перезарядка занимает секунды, так как воду сдерживал наконечник, а воздух через него выходит быстро.

Установка будет выглядеть красивее, и работать будет чётче, если кубики поставить на ребро, а ещё лучше на угол. Тогда настольный фонтан из кубиков будет иметь форму ромба. Тарелку можно обрезать в виде цветка, верхние кубики будут «листьями», нижние — «корнями». Для украшения можно посадить еще и бабочку!

Источники: Источник: «Здравствуй физика» Л. Гальперштейн

Источник

Исследовательская работа «Мир фантанов»

Разделы: Физика

Класс: 7

Ключевые слова: исследовательская деятельность , фонтаны

Витченко Екатерина,
ученица 7 класса

Руководитель:
Казарцева Анна Викторовна,
учитель математики и физики

Введение

Актуальность

Волнующее море, тихое глубокое горное озеро, ручей — все это излюбленные места отдыха многих людей. Водопады, фонтаны, водоемы обладают завораживающим эффектом. К сожалению, мы не всегда можем позволить себе отправиться на берег ручья или горного водопада, поэтому любую возможность воссоединения с природой необходимо воплощать.

Недавно я изучила тему «Сообщающиеся сосуды», и возникла идея, которую я решила воплотить в реальность, создав свой собственный фонтан. История возникновения и создания фонтанов началась еще в Древней Греции, и продолжается по сей день. Фонтаны повсеместно встречаются в нашей жизни, они украшают площади, улицы, парки, внутренние и внешние помещения зданий. Тема моего исследовательского проекта «Мир фонтанов». Созданную нами в ходе выполнения проекта модель можно будет использовать в кабинете физики для демонстрации работы фонтана.

Цель: создать и исследовать модель фонтана для демонстрации применения закона сообщающихся сосудов.

Задачи:

• изучить историю возникновения фонтанов
• рассмотреть назначение и виды фонтанов;
• изучить физические основы работы фонтана;
• сконструировать фонтан своими руками;
• исследовать зависимость высоты струи от уровня воды и положения резервуара.

Объект исследования: фонтан.

Предмет исследования: зависимость высоты струи от уровня воды и положения резервуара.

Гипотеза: высота струи воды зависит от уровня воды и положения резервуара.

Методы исследования: Поисковый (сборы информации по теме), систематизация, анализ информационных ресурсов, практическая работа (изучение зависимости высоты струи от положения резервуара), ИКТ (создание презентации).

Глава 1. Теоретическая часть

1.1. История возникновения фонтанов

Фонтан — природное или искусственно вызванное явление, заключающееся в истечении жидкости (обычно воды), под действием оказываемого на неё давления, вверх или в сторону. Или можно так же сказать фонтан – устройство, в котором вода бьет из источника, попадает в чашу какого-либо вида и, как правило, используется вновь. Фонтан – латинского слова «Fons» , что означает источник, родник, начало, первопричина.

Почти вся история человечества связана с фонтанами. На заре цивилизации они не были предметом роскоши или украшения быта. Например, жители Месопотамии оборудовали садовые фонтаны и использовали их в качестве ирригационных систем. Особой славой овеяны и фонтаны Древнего Египта. Документально это подтверждено надгробной живописью. Египтяне придавали фонтанам как практическую, так и декоративную значимость. Очень популярны были садовые фонтаны в древней Персии IV тыс. до н.э., 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.

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

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.

1.2 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.

1.3. 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).

В нашем городе тоже действует декоративные фонтаны, которые находится на бульваре Гагарина «Каменный цветок», на площади у Ледового дворца «Подмосковья» «Каскадный», на площади у бассейна «Дельфин», в микрорайонах: Красный строитель, Цемгигант, Лапатинский.

Глава 2. Практическая часть

2.1 Зависимость высоты струи от уровня воды в резервуаре относительно расположения бассейна фонтана

Сосуд с водой находится на одной и той же высоте H, диаметр пластиковой трубочки d один и тот же, d₁ стеклянного наконечника постоянен.

H = 81cм – высота дна резервуара; высота воды в сосуде H₂= 17 см;
d = 4мм – внутренний диаметр пластиковой трубочки;
d₁= 1,1мм – внутренний диаметр стеклянного наконечника

Таблица 1.
Результаты зависимости высоты струи от уровня воды в резервуаре

Источник