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
Как работали старинные 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
Фонтаны древности
«…О фонтанах Рима можно было бы, написать целую книгу. Они низвергаются шумящими каскадами с искусно расположенных скал, как фонтан Треви или большой фонтан Бернини на Пьяцца Навона. Они спокойно падают отвесными водяными плоскостями, как Аква Паола на Яникуле. Одни из них высоко бросают вверх водяные столбы, разбивающиеся при падении в водяную пыль, образующую на солнце радугу. Другие бьют тонкой хрустальной струей и стекают вниз медленно, роняя блестящие капли». (П. Муратов).
Но прекрасны не только фонтаны Рима, а, наверное, все фонтаны, даже самый маленький и скромный, дарящий прохладу в жару и навевающий романтические грёзы в течение всего лета.
И трудно представить город, в котором бы, как наичистейшее дыхание души, не били бы фонтаны.
Слово фонтан произошло от латинского «fons» – «Источник, первопричина, начало» и от латинского «fontana», что переводится, «источник, ключ, родник» и обозначает не только природное, но и искусственно созданное биение, выплёскивание вверх или в сторону жидкости под действием оказываемого на неё давления.
Человек, которому впервые пришло в голову создать искусственный фонтан, вероятно, пытался скопировать гейзер или другой источник, выбивающий из-под земли на определённую высоту.
На заре цивилизации фонтаны были очень простыми, потом их основание стали выкладывать камнями, украшать ракушками, а затем и выстилать плиткой.
Но изначально они создавались не для украшения селений и городов, а с чисто практической целью, чтобы из них можно было черпать воду для питья, бытовых целей и полива насаждений.
Считается, что первыми сооружать фонтаны стали жители Месопотамии. Они использовали фонтаны для орошения своих роскошных садов, которые располагались в сухих высокогорных районах. Фонтаны способствовали вызреванию в них сочных вкусных плодов, которыми наслаждались местные жители и восхищались путешественники, разнося славу о них по всему миру.
Из фонтанов поливались и другие культуры, а так же декоративные растения, например, деревья, которые не давали съедобных плодов, но создавая тенистые аллеи, спасали людей от зноя.
В Древнем Египте фонтаны использовались и с практической и с декоративной целью. Сохранились древние мозаики с изображением этих фонтанов.
Чаще всего их устанавливали в саду в середине прямоугольного пруда. Вода из них использовалась для полива фруктовых деревьев и декоративных растений.
Нередко фонтаны устанавливались внутри не только садов, двориков, но и жилищ. Из них черпали воду, предназначенную для питья, приготовления еды и других домашних нужд.
Фонтаны Древней Греции так же сначала носили функцию обеспечения людей питьевой водой и для увлажнения и охлаждения воздуха.
Фонтаны и источники в священных рощах играли важную роль в ритуалах, совершаемых в честь античных богов. На вилле Мистерий в разрушенных извержением вулкана Помпеях до наших дней сохранилось среди барельефов, украшавших фонтан, изображение Фортуны с рогом изобилия.
Позднее фонтаны Древней Греции стали сооружаться в каждом городе и приобретали всё большую декоративность.
Их дно выкладывалось мрамором, мозаикой, появились фигурки, которые двигались под воздействием струй. В древних документах есть описание фонтанов с механическими птицами, которые мелодично пели и умолкали тотчас, как появлялась сова, тоже, разумеется, механическая.
Часто фонтаны составляли одно целое с водяными часами или водяным органом.
Своими прекрасными фонтанами славилась Древняя Персия.
Период расцвета приходился на IV тысячелетие до н.э.
Особенно популярны были фонтаны, располагавшиеся в роскошных персидских садах, которые персы именовали не иначе, как рай на земле.
Сад на Востоке был поделён на четыре части – олицетворяющие четыре сущности – воду, растения, цветы и музыку.
В одной части располагался сад, где люди укрывались от жаркого солнца и отдыхали, в другой их взор и обоняние услаждали самые яркие цветы, в третьей они наслаждались музыкой, а в четвёртой располагались водоёмы для орошения и прекрасные фонтаны на террасах, выложенных плиткой.
Древнеперсидские мастера умели так строить фонтаны, что они зачаровывали искусно созданной игрой света и тени. Немалую роль в этом играли и капли влаги, падающие на разноцветную плитку, которой были выложены террасы.
Персидские сады и фонтаны оказали позднее большое влияние и на европейскую архитектуру.
Известно, что многие земли Испании были в своё время завоёваны маврами. Они и создали в Гренаде, Толедо и других испанских городах сады и фонтаны, подобные тем, что были на их родине.
Фонтаны любили и умели строить в Древнем Китае и Японии.
При создании знаменитого японского сада в Киото участвовали монахи буддисты. Поэтому каждый элемент сада имеет определённое значение и настраивает посетителей на то или иное восприятие, создаёт умиротворяющее или иное состояние души,
Своими фонтанами, несомненно, славился Древний Рим. Влияние на него оказали, как фонтаны находящейся поблизости Греции, так и восточные фонтаны, которые ярко описали вернувшиеся на родину легионеры, принимавшие участие в многочисленных походах.
Но римляне не просто скопировали чужие фонтаны, они настолько усовершенствовали их, что те стали примером для остальных.
Древние римляне первыми начали применять в устройстве фонтанов насосы. Трубы, по которым подавалась вода под давлением, они изготавливали из обожжённой глины, а внутреннюю поверхность чаш выкладывали плиткой, что делается и сейчас во всём мире.
Струи римских фонтанов не только взмывали вверх и падали вниз, но уже и били из пасти различных, часто мифических животных и рыб.
Позднее появились первые дешевые трубы, изготовленные из свинца, остающегося в избытке при переработке серебряной руды.
Фонтаны в Риме приобрели такую сверх популярность, что в доме каждого состоятельного человека появился бассейн с небольшим фонтаном. Вода из него использовалась для бытовых нужд, а в жару он служил своеобразным кондиционером.
В I веке нашей эры в Риме в среднем каждый житель расходовал до 1300 литров воды в день.
В Европе фонтаны долгое время служили только для бытовых и сельскохозяйственных целей. Кроме того в Средние века фонтаны создавались в монастырских садах. Считалось, что журчание их струй и созерцание верующими воды в уединённом месте способствует размышлениям о Боге и произнесению искренних молитв.
И только в период Эпохи Возрождения фонтаны стали важной декоративной деталью архитектурных сооружений. В них, как правило, повторялся римский стиль.
Поразительных вершин ландшафтно-паркового искусства создание фонтанов и парков достигло во Франции в XVII веке. Венцом творенья дворцово-парковых ансамблей был признан Версаль. Он до сих пор потрясает всякого побывавшего там своей совершенной красотой и гармонией.
С тех пор Франция стала примером для архитекторов, создающих дворцово-парковые ансамбли во всём мире.
Источник