Фонтан принцип действия физика 7 класс

Фонтан. Виды и устройство. Работа и форма струи. Особенности

Фонтан – природное или искусственное явление, представляющее собой истечение жидкости струей вертикально вверх или с небольшим уклоном в сторону, что вызвано в результате оказания на нее давления. Природные фонтаны также называют гейзерами. Искусственно созданные являются, как правило, декоративными строениями, устанавливаемыми с целью украшения ландшафта или интерьера.

Как устроен и работает фонтан

Схематически строение и принцип действия фонтана можно описать как устройство с резервуаром, из которого вода подается под давлением на распыляющую ее форсунку. В результате формируется видимая струя определенной формы направленная горизонтально вверх или с уклоном. Бьющая вода после потери инерции от выталкивающих ее сил падает обратно вниз, и собирается в чаше устройства. Оттуда она снова стекает в резервуар, где повторно подается под давлением через форсунку. Это непрерывный процесс, происходящий одновременно. Часть объема воды выталкивается в струю, и сразу же возвращается обратно до того как жидкость закончится.

Это механизм круговорота воды. В качестве резервуара в ней может использовать бассейн, емкость или целый водоем. Если жидкость забирается из изолированной емкости, то в результате испарения объем в ней постепенно снижается. В конечном счете, это приведет к остановке фонтана. В связи с этим емкость нуждается в периодическом доливании жидкости.

Для обеспечения подачи воды в конструкции фонтана предусматривается насос. Он прокачивает воду из резервуара на форсунку. Насос работает за счет электроэнергии. Описанная конструкция фонтана является упрощенной. Многие устройства существенно сложнее. К примеру, их насос может иметь систему программного управления. За счет этого обеспечивается синхронизация силы бьющей струи с музыкой или яркой цветной декоративной подсветкой.

Отличия между проточными и циркуляционными фонтанами

Циркуляционный фонтан по сути является классическим. Он предусматривает перекачку воды по кругу циркуляционным насосом. Это закрытая система, обычно не оснащаемая стоком. Поскольку в ней постоянно прокачивается один и тот же объем воды, то она достаточно быстро становится грязной. Она не является питьевой. Иногда такие системы предусматривают подключение к канализации. Это обеспечивает удобное и быстрое осушение резервуара и чаши. Это необходимо при подготовке фонтана к зимовке.

За счет циркуляции одного и того же объема воды обеспечение работы циркуляционного фонтана обходится существенно дешевле. После наполнения, все затраты сводятся только к периодическому доливанию объема для компенсации испарения, а также оплате электроэнергии потребляемой насосом. Более сложные устройства также потребляет электричество на обеспечение подсветки и музыкального сопровождения.

Проточные более дорогостоящие в плане обеспечения работы. Они проталкивают через форсунку свежую воду. При этом использованная жидкость отводится в канализацию или водоем. Такое решение чаще всего используется для организации работы питьевых фонтанов. Те прокачивают чистую воду, которую можно пить. Как правило, сила струи в таких устройств небольшая. За счет этого с них можно удобно и безопасно пить, соблюдая гигиенический режим.

Проточные фонтаны могут забирать воду из подземного источника, находящегося в непосредственной близости. Это может быть естественный ключ, скважина, колодец. Чаще всего они просто подсоединяются к централизованному водопроводу.

Системы дополнительного оснащения фонтана

Внедрение в работу фонтанов современных технологий и различных физических принципов позволяет корректировать их работу. В результате зрелищность от работы фонтана многократно возрастает.

В зависимости от технического решения, примененного в конструкции, кроме обычных классических фонтанов, также существуют более сложные:

• Цветомузыкальный.
• Авангардный.
• Шутиха.
• Швейцарский.
• Без брызг.
• С генератором тумана.
• С ДУ.

Цветомузыкальный фонтан является достаточно дорогостоящим и сложным устройством. Высота и подсветка его струи корректируется автоматикой, которая управляется программным обеспечением. Перепады высоты столба воды, цвета и яркости подсветки связываются с музыкальным сопровождением. Таким способом оснащают много городских фонтанов. Однако в таком режиме они, как правило, работают в вечерние часы, так как в дневное время цветная подсветка остается невидимой.

Авангардные используют эффект зависшего потока воды. Для этого используется стекло высокой прозрачности. Широкая струя подается на него и отбившись спокойно стекает. За счет этого создается впечатление, что из фонтана бьет широкая тонкая полоса воды, которая в один момент застыла. Движение в ней выдает только легкая рябь. Это менее затратная в плане реализации конструкция, которую можно использоваться в домашних садовых фонтанах.

Шутиха – это развлекательный контактный фонтан. Струи воды в нем бьют в разные стороны, причем постоянно меняют направление в произвольном порядке. Как правило, он устанавливается на площадях и городских парках. Обычно устройство не имеет выступающей надземной чаши. За счет этого в зону разбрызгивания можно без проблем подойти. Шутиха плескает в желающих, меняет силу и направление струи. За счет этого служит развлечением в жаркие дни. Проект такого фонтана достаточно дорогостоящий в реализации.

Швейцарские фонтаны отличаются от обычных тем, что в качества их чаши и резервуара используется целый водоем. Это может быть искусственное сооружение, река, озеро и т.д. Под водную гладь устанавливается насос. Он забирает воду прямо из водоема и выталкивает ее через форсунку. В результате над водой появляется высокая струя. Поскольку оборудование спрятано, то все выглядит как природное явление. Однако в ветреную погоду при достаточно сильных волнах форсунка все же просматривается. Для удешевления системы форсунки могут изначально располагаться слегка выше уровня воды в водоеме. За счет этого возможно использовать менее мощное насосное оборудование. Насос может закрепляться к каркасу, установленному на дно водоема. Если оно слишком глубоко, то подобные фонтаны делаются плавающими.

Фонтан без брызг работает практически по такому же принципу, как и авангардный. Данное устройство не рассчитано на контакт, так как в его системе просматриваются прозрачные стеклянные нити или трубки. Подаваемая насосным оборудованием струя под небольшим давлением заворачивается и стекает обратно по стеклу. За счет этого она не разбрызгивается. Часто такие устройства проектируются так, чтобы вода подавалась по прозрачной трубке, после чего стекала вниз по ее внешним стенкам. Это создает визуальный обман. Со стороны кажется, что поток берется ниоткуда с воздуха и падает сверху вниз, а не выталкивается изначально со стороны чаши. Достаточно ярким представителем подобных фонтанов является «магический кран». В нем на вершине трубки подачи закрепляется водопроводный кран. За счет этого кажется, что вода течет из него, хотя тот не подсоединен к видимым трубам.

Фонтан с генератором тумана оснащается ультразвуковым оборудованием. Оно создает мельчайшие капли, за счет чего основная струя окутывается туманом. Это смотрится очень эффектно. Густой туман перекрывает распыляющее оборудование, полностью скрывает техническую составляющую фонтана.

Домашние садовые фонтаны могут дополнительно оснащаться пультом дистанционного управления. За счет этого их можно включить беспроводным способом, не подавая питание на насос вручную. Также такие устройства часто предусматривают возможность изменения подсветки, силы бьющей струи или автоматических режимов.

Виды фонтанов в зависимости от формы бьющего потока

Обычные фонтаны могут оснащаться разными типами распыляющих форсунок. За счет этого меняется форма струи.

В зависимости от того, какой формы поток формируется, различают следующие основные разновидности фонтанов:

• Струйный.
• Колокол.
• Тюльпан.
• Рыбий хвост.
• Тиффани.
• Полусфера.
• Кольцо.

В струйном используется сужающая трубу насадка. За счет этого поток на выходе сужается и выходит наружу под более высоким давлением. За счет этого создаются невысокие тонкие струи. Как правило, они направлены вертикально вверх или с легким уклоном в центр чаши.

Струя колокол формирует полусферу. Она спадает практически сплошным колоколом. Струя этого типа невысокая. Обычно используются в садах или как центральная фигура в больших городских фонтанах.

Тюльпан — очень похоже на колокол, но за счет немного другого наклона при распылении вода распадается на брызги, не достигнув чаши. В результате формируется подобие цветка.

Струя рыбий хвост подразумевает разделение основного потока на несколько тонких. Те создают в них купол из решеток. Форма такого фонтана практически как у полусферного, но поверхность воды не является сплошной.

Тиффани – это сложная струя, сочетающая в себе одновременно колокол и рыбий хвост. Причем на форсунке формирующей полусферу подается более высокое давление.

Фонтан со струей полусфера имеет форму созревшего одуванчика. Это достигается за счет каркаса распылителей, формирующих шар. При включенном фонтане они практически не заметны.

Кольцо предусматривает наличие распылителя в виде трубы сваренной в кольцо. По ее периметру ввариваются отдельные выходы, каждый из которых оснащается сужающим соплом. Как следствие при подаче воды формируется множество струйных потоков выставленных по кругу, и направленных в центр чаши. За счет этого создается визуальное сходство с кольцом.

Источник

«Фонтан как пример сообщающихся сосудов»
творческая работа учащихся по физике (7 класс)

«Фонтан как пример сообщающихся сосудов».Исследовательская работа по физике 7 класс

Скачать:

Вложение	Размер
distantsionnyy_tur.docx	55.91 КБ

Предварительный просмотр:

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ КРАСНОЯРСКОГО КРАЯ

Муниципальное образование г.Боготол

КРАЕВОЙ ФОРУМ «МОЛОДЕЖЬ И НАУКА»

Направление: Фундаментальные исследования, секция: физика и математика

« Фонтан как пример сообщающихся сосудов »

Муниципальное бюджетное учреждение

средняя общеобразовательная школа №4

Власова Татьяна Петровна

Муниципальное бюджетное учреждение

средняя общеобразовательная школа №4

С условиями Конкурса ознакомлен(-а) и согласен(-а) Организатор конкурса оставляет за собой право использовать конкурсные работы в некоммерческих целях и без денежного вознаграждения автора (авторского коллектива) при проведении просветительских кампаний, а также полное или частичное использование в методических, информационных, учебных и иных целях в соответствии с действующим законодательством РФ.

г. Красноярск 2019

Цель работы: Выяснить, как и почему работает фонтан, и от каких физических параметров зависит высота струи в фонтане.

1. Теоретический – изучение первоисточников.
2. Лабораторный – проведение эксперимента.
3. Аналитический – анализ полученных результатов.
4. Синтез – обобщение материалов теории и полученных результатов. Создание модели.

1.Бурмин Г. Штурм абсолютного нуля /Москва, «Детская литература», 1989г.

2.Кабардин О.Ф., Кабардина С.И., Шеффер Н.И. Факультативный курс физики /Москва, «Просвещение», 1982г.

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

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

Настоящая работа посвящена фонтанам, которые можно изготовить самим.

Актуальность выбранной темы

Применяем полученные знания по физике в практике.

Выбранная мною тема интересна и актуальна в настоящее время .Так как фонтаны, являются одним из основных предметов ландшафтного дизайна парковой зоны, источником воды в жаркое летнее время, а каждый уголок города становится более красивым и уютным с помощью фонтана. А люди практичные знают, что фонтан увлажняет воздух и к тому же работает как природный ионизатор.

Выяснить, как и почему работает фонтан, от каких физических параметров зависит высота струи в фонтане,как изменяется влажность с применением фонтана.

1. Теоретический – изучение первоисточников.
2. Лабораторный – проведение эксперимента.
3. Аналитический – анализ полученных результатов.
4. Синтез – обобщение материалов теории и полученных результатов. Создание модели.

1. Изучить материал о фонтанах: их видах и принципах действия.

2. Сконструировать макет фонтана и с его помощью провести опыты, объясняющие принцип работы фонтана.

3. Проанализировать полученную информацию и сделать выводы об устройстве и принципе работы фонтанов.

4.Проверить как влияет фонтан на микроклимат в комнате.

Фонтан – струя жидкости, газа, выбрасываемая вверх из трубы или отверстия силой давления . 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.

Современные фонтаны соревнуются в высоте. Фонтан короля Фахда расположенный на Красном море, поднимается на высоту 260 м, в хорошую погоду он может достичь высоты 318 м (для сравнения высота Эйфелевой башни 300м). В современных фонтанах значительную роль играют передовые технологии, новые изобретения.

Самый дорогой и большой фонтанный комплекс в мире – «Dubai Fountain”(Дубай Фонтан). Длина фонтана 275 м, а его площадь сравнима с площадью трех стандартных футбольных полей.

Со временем менялись эпохи и стили, а с ними и фонтаны, как их отражение. Но принцип работы фонтанов практически одинаков. Они работают 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.

Фонтаны бывают искусственные и естественные. К естественным относятся гейзеры, родники и артезианские воды.

Фонтаны бывают: водомётные, каскадные, механические, фонтаны-шутихи разной высоты, формы и у каждого есть свое название. Раньше все фонтаны были прямоточные, то есть работали напрямую от водопровода, сейчас применяется «оборотное» водоснабжение с использованием мощных насосов.

В основе работы самых простых фонтанов лежит свойство сообщающихся сосудов.

Сосуды, имеющие между собой сообщение или общее дно, называются сообщающимися. В жизни часто встречаются такие сосуды. Различные чайники, лейки, водомерные стекла при паровых котлах – все это примеры сообщающихся сосудов.

Свободные поверхности покоящейся жидкости в сообщающихся сосудах любой формы находятся на одном уровне. Вода, налитая в лейку, в чайник, заполняет и носик этих сосудов, и их расширенную часть до одинаковой высоты. Это происходит потому, что равные по высоте столбы одинаковой жидкости производят одинаковые давления (рис. 1, а).

Если жидкость в сообщающихся сосудах находится на разных уровнях (это можно сделать, поставив между сообщающимися сосудами перегородку или зажим и долив жидкость в один из сосудов; рис. 1, б), то создается напор жидкости. Напор показывает, какое давление производит вес столба жидкости высотой, равной разности уровней. Под действием этого давления жидкость, если убрать зажим, будет перетекать в тот сосуд, где уровень ее ниже, до тех пор, пока уровни не сравняются.

Существует несколько видов фонтанов, работа которых основана на свойстве сообщающихся сосудов.

Фонтан Герона (рис. 2).

Для эксперимента используют два сосуда с водой расположенных на разных уровнях соединенные между собой тонкими резиновыми трубочками и небольшой чашки. Для того чтобы фонтан заработал, в чашечку добавляют небольшое количество воды.

Нами был изготовлен фонтан, который представляет собой большой резервуар для воды, соединенный трубкой с резервуаром, демонстрирующим фонтан.

Для его изготовления мы использовали наши выводы после изучения теоретической части по вопросу «фонтаны»:

Для наблюдения подъема воды в виде фонтана необходимо создать разницу давлений в жидкости. Чем больше разница давлений, тем выше будет столб воды в струе фонтана.

Если поднять резервуар с водой над источником фонтана, то можно наблюдать струю, причем чем выше резервуар, тем выше струя фонтана, так как мы увеличиваем разницу давлений между верхним и нижним положением воды.

Но данный макет имеет недостаток, если в большом резервуаре закончится вода, то и закончится работа самого фонтана. Для длительной работы фонтана требуется наличие наноса.

№1 Проверить зависимость высоты струи в фонтане от взаимного расположения сообщающихся сосудов.

Оборудование: пластмассовая бутылка; трубка диаметром 5 мм.

Меняя высоту сосуда, при постоянном диаметре отверстия я измеряла высоту струи фонтана.

Источник