Как работали первые фонтаны

Как работали фонтаны в древности

Сердце современных фонтанов — насос, однако, первые фонтаны появились задолго до появления электрических насосов и электричества. Революцией в мире гидростатики и аэростатики послужила разработка фонтана Герона — прибора, созданного Героном Александрийским за 200 лет до нашей эры. Этот прибор представляет собой своеобразный гидравлический насос.

Принцип работы фонтана Герона заключается в следующем: в вертикальной плоскости располагаются 3 сосуда, сообщающихся между собой при помощи труб. Верхний сосуд имеет форму чаши, в то время как два нижних сосуда закрыты. Вода наливается в чашу, и через отверстие на дне стекает вниз к первому сосуду, минуя второй. За счет напора воды, протекающей сквозь систему, в нижней и средней чашах создается избыточное давление, которое выталкивает воду на поверхность из нижнего сосуда, и она вновь попадает в верхний. Это изобретение древнегреческого ученого Герона Александрийского часто называют «вечным фонтаном». Но как известно, вечный двигатель не существует, поэтому, рано или поздно, вода из среднего сосуда окажется в нижнем, и действие прибора прекратится.

Фонтаны Древней Греции, Рима, Египта и других государств функционировали за счет гидравлических насосов: множество выдающихся ученых работали над вопросами из области механики жидкости, так, представитель древнегреческой школы Ктесибий, изобрел первый поршневой насос для создания струй большого напора. Это изобретение нашло применение и в сооружении фонтанов.

Источник

История фонтанов

«Смотри, как облаком живым / Фонтан сияющий клубится / Как пламенеет, как дробится / Его на солнце влажный дым». История фонтанов насчитывает не одно тысячелетие. На заре цивилизации они несли чисто практическую функцию, орошая сады в засушливых регионах. Позднее им довелось оказать влияние на европейскую архитектуру и азиатскую духовную жизнь. В наши дни фонтаны считаются обязательным атрибутом городского благоустройства и чуть ли не главным украшением, призванным радовать глаз.

Иллюстративный ряд дошедших до наших дней реликвий Древнего Египта и Месопотамии содержит изображения фонтанирующих источников. В те времена люди ещё не сформулировали принцип сообщающихся сосудов, однако уже с успехом применяли его на деле. Внимание древнего человека привлекли бьющие из-под земли источники и заставили задуматься о том, как можно применить это явление там, где необходимо. Один из образцов подобных конструкций известен как фонтан Герона. Он представляет собой три сосуда, расположенных один над другим и сообщающихся между собой. Верхний имеет форму открытой чаши, а два нижних – закрытые. В первый сосуд наливается вода, которая по трубке поступает вниз. Когда в одном из нижних увеличивается давление, жидкость перетекает в средний сосуд, откуда под напором попадает обратно в чашу. Египтяне устраивали работающие по этому принципу фонтаны в садах возле прудов, и, несмотря на засушливый климат, там всегда красовались декоративные растения.

В Древней Персии зелёные уголки отдыха напоминали небольшие Эдемы – от палящего солнца защищала сень деревьев, дивно пахли диковинные цветы, щебетали птицы, а журчание водных струй умиротворяло. Позднее именно эти сады оказали влияние на последующий облик европейских городов – вернувшиеся из военных походов римские солдаты с восторгом рассказывали о заграничных диковинках, и вскоре подобное появилось в Вечном городе. Но римляне пошли дальше – воду заключили в трубы из обожжённой глины, украсили чаши цветной плиткой и мозаикой, а струи били из пастей животных и рыб. В домах состоятельных граждан появлялись бассейны с бьющими из середины водными струями. Творчески подошли к украшению городов и древние греки – фонтаны сооружались из мрамора и совмещались с водными часами и кукольным театром.

В период эпохи Возрождения взоры Европы вновь устремились к античному наследию. Фонтаны стали ключевой деталью в оформлении парковых ансамблей. Истинной законодательницей мод в этом плане стала Франция. Образчиком последних научных достижений того времени стали фонтаны Версаля. Сооружённые в период правления Людовика XIV, они до сих пор обслуживаются дореволюционной гидросистемой. Ежегодно Версаль посещают миллионы туристов, чтобы полюбоваться вырывающейся из скульптур водной пылью. Однако многие признаются, что версальские фонтаны сильно проигрывают блистательному Петергофу. Император Пётр I пожелал увековечить славу Российской империи и перещеголять европейцев – и ему это удалось. Сверкающие струи из уст золотых титанов впечатляют туристов со всего мира. А в Москве фонтаны несли чисто утилитарную функцию – из них брали воду и поили лошадей. Один из старейших московских фонтанов, который находится в рабочем состоянии, расположен прямо за памятником Карлу Марксу на Театральной площади у стен Кремля.

История фонтанов связана и с духовными устремлениями человека. Как известно, лёгкий шум воды расслабляет и умиротворяет. Этим умело пользовались в монастырях – лёгкое журчание в садах настраивало на молитвенный лад и восхищение божьим творением. Многие средневековые трактаты были созданы благодаря нужному настрою. Восточные духовные практики требовали сосредоточения – этого состояния легко было достичь, бесконечно любуясь струями воды.

Наконец, считалось, что стремящиеся к небу фонтаны славят богов – а значит, небожители будут милосердны к человечеству. Современный человек тоже отмечает приятные ощущения, находясь около фонтана в жаркий день. Никакой мистики: помимо естественного освежающего эффекта, брызги привносят в воздух отрицательные ионы, которые благотворно влияют на атмосферу.

Улица Мира в парке-музее ЭТНОМИР

ЭТНОМИР, Калужская область, Боровский район, деревня Петрово

Улица Мира в ЭТНОМИРе – уникальный проект, сердце этнографического парка. Не хватит и дня, чтобы внимательно осмотреть все дома, которые знакомят с архитектурой, культурой, традициями, ремёслами и гостеприимством разных народов мира. Это самая удивительная улица на свете. Здесь можно совершить путешествие по всей планете – от Японии до Северной Америки. Путешествовать можно самостоятельно, а также в рамках обзорной экскурсии по Улице Мира. Двери всех домов открыты для гостей!

Источник

Как работали первые фонтаны

I. Теоретическая часть

1. История создания фонтанов………………………..………………………4

2. Силы давления жидкости………………………………………………. 4

3.1 Принцип действия сообщающихся сосудов……………………………6

3.2 Техническое устройство фонтанов…………………………………. 8

II. Практическая часть

2. Действие различных моделей фонтанов:

2.2 Фонтан при нагревании воздуха в колбе………………………….11

2.6 Механический фонтан……………………………………………. 13

IV. Приложение:

2. Это любопытно: первый в Иркутске света — звуковой фонтан…………16

Введение

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

Но фонтаны это не только украшение парка, но и полезное изобретение. В конструкции фонтана задействованы: закон сообщающихся сосудов и способ передачи давления жидкостями и газами. Казалось бы, не особо замысловатое изобретение — фонтан, а, сколько сложного и интересного!

И у меня возникли вопросы: а как люди создали фонтаны? Как они работают? Можно ли самой сделать фонтан?

Я решил провести исследование по теме «Фонтаны», цель которого:

1. Расширить область личных знаний по теме «Сообщающие сосуды» (в том числе исторического и политехнического характера);

2. Использовать полученные знания для выполнения творческих заданий;

Для достижения поставленной цели мне необходимо решить следующие задачи:

1. Изучить историю создания фонтанов;

2. Разобраться в устройстве и принципе действия фонтанов;

3. Познакомиться с давлением как движущей силой работы фонтанов;

4. Сделать простейшие модели действующих фонтанов.

Тема актуальна, т.к. применяем полученные знания по физике в практике.

Объект исследования: фонтаны Гипотеза:

Люди всегда трепетно относились к воде. Жизнь на земле без воды была бы просто невозможна. В большинстве религий вода считается символом очищения и новой жизни. Созерцание воды умиротворяет человека, настраивает его на философский лад и дарит положительные эмоции.

Фонтаны должны существовать.

Если мы узнаем, как делать фонтаны, то можем построить макеты для их демонстрации.

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. В последствии, 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.

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.

2.Силы давления жидкости.

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: на­лив в резиновый баллон ртуть, мы видим, что его дно и стенки выгибаются наружу.

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.

3. Давление

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

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.

3.1 Принцип действия сообщающихся сосудов.

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.

3.2Техническое 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 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. Хотя, конечно же, строили их раньше тоже на славу, один из таких примеров — фонтан в Александровском саду.

Ему уже 120 лет, но часть труб сохранилась в хорошем состоянии.

II. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Модель фонтана — изготовление фонтана

Используя свойства сообщающихся сосудов, можно построить модель фонтана.

Рис. 7. Модель фонтана.

Для этого необходимы резервуар с водой, например широкая банка 1, резиновая или стеклянная трубка 2, бассейн из низкой жестяной банки 3.

Чем выше поднят резервуар и тоньше выходное отверстие, тем выше будет бить струя воды. Поэтому для фонтана лучше использовать пипетку, сняв с нее резинку.

2. Уксусный фонтан

Колбу на ¾ заполнить столовым уксусом, бросить в него несколько кусочков мела, быстро закупорить пробкой с вставленной в нее стеклянной трубкой. Из трубки забьет фонтан.

3. Фонтан Coca-Cola ( был изобретен мной)

Так как уксус имеет специфический запах, то мы его заменили на Coca-Cola и ментос. Результат будет еще более наглядным. (личное изобретение)

Колбу на ¾ заполнить Coca-Cola, бросить в него несколько таблеточек ментоса, быстро закупорить пробкой с вставленной в нее стеклянной трубкой. Из трубки забьет фонтан.

Современный город нельзя представить без фонтана.

Уличные, площадные фонтаны

Одним из любимейших гидротехнических сооружений человечества всегда были фонтаны. Фонтаны придумали в жарких странах – с целью чисто практической: в летний зной струи воды, бьющие вверх, несут спасительную прохладу. Они не утратили своей популярности и до сегодняшнего дня.

Фонтан на участке около дома обычно становится очень привлекательным местом для его обитателей. Красивый фонтан — это лучшее лекарство от стрессов и суеты повседневной жизни. Слушая умиротворяющие звуки льющейся воды, созерцая её плавные потоки, человек получает возможность забыть о повседневных проблемах и хлопотах, отвлечься от беспокойств и переживаний, которыми наполнена жизнь в современном городе. Фонтан становится оазисом покоя и радости, местом для отдыха и самосозерцания.

Цветомузыкальные фонтаны – это сложные комплексы с применением автоматики. Высота и форма струй, цветовое оформление задаются с помощью программного обеспечения.

Интерьерные, комнатные фонтаны

Размещение фонтана в своем жилище становится центром интерьера жилого помещения, красивый фонтан обычно превращается в любимое место для отдыха всей семьи. Ведь нет ничего более умиротворяющего, чем спокойное созерцание льющейся воды.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Целью моей работы было расширение области личных знаний по теме «Сообщающие сосуды» (в том числе исторического и политехнического характера); использование полученных знаний для выполнения творческого задания; подбор задач по теме «Давление в жидкостях и газах. Сообщающие сосуды».

В ходе работы я ответил на вопрос: что является движущей силой работы фонтанов и, используя полученные знания, смог создать различные действующие модели фонтанов.

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.

Данная работа является одним из средств развития интереса к изучению физики, воспитания у школьников интереса к массовым профессиям. Полученный материал может быть использован при проведении уроков физики, истории.

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

Список использованных источников:

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

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

Источник