Сообщающиеся сосуды фонтан схема

Сообщающиеся сосуды фонтан схема

Обоснование выбора данной темы

Однажды на уроке физики наш класс проходил принцип сообщающихся сосудов. В качестве домашнего задания нам предложили создать собственную модель. В тот момент мы вспомнили про фонтан «Дружбы Народов», находящийся на ВДНХ. Тогда мы решили подробно разобраться в работе фонтанов, а потом создать свою собственную модель.

Фонтаны это не только украшение, но и интересный физический механизм, о работе которого многие люди и не задумывались. Поэтому для нас важно рассказать и показать принцип работы такого интересного предмета, как фонтан.

Целью работы является исследование работы принципа сообщающихся сосудов, использующегося при работе фонтанов.

Для достижения заданной цели необходимо решить следующие задачи:

узнать, что собой представляет фонтан;

изучить принцип работы;

разобраться в истории фонтанов: от истоков к XXI веку;

узнать о самых известных примерах;

выполнить практическую часть работы.

Что такое фонтан

Каждый из нас видел фонтаны. Они бывают и комнатные, и садовые, и встроенные в ландшафт, и целые монументальные произведения искусства. Но не каждый задумывался, как появились фонтаны и как они работают.

Само слово фонтан произошло от латинского f ontana, что означает «источник», «струя», «родничок». Обычно видим только верхнюю, красивую часть, через которую и выплескивается вода. Но что же скрыто внутри?

А внутри мы увидим примитивный принцип сообщающихся сосудов, известный нам еще со школьных времен.

Принцип сообщающихся сосудов

Мы знаем, что в сообщающихся сосудах уровень жидкости одинаковой плотности устанавливается на одном уровне. Это и есть закон сообщающихся сосудов.

Доказать это мы можем таким образом:

из закона Паскаля мы можем узнать, что p 1= p 2, где p 1=ρ gh 1, p 2=ρ gh 2,следовательно, ρ gh 1=ρ gh 2, т.е. h 1= h 2, где p -давление в жидкости, а h -высота столба.

А в сообщающихся сосудах с жидкостями, разной плотности, высота столба с меньшей плотностью будет больше высоты столба с большей плотностью.

Доказываем тоже при помощи закона Паскаля.

где p -давление в жидкости, а h -высота столба.

Высоты столбов в сообщающихся сосудах с разнородными жидкостями обратно пропорциональны их плотностям.

История использования сообщающихся сосудов

Впервые принцип сообщающихся сосудов начал использоваться еще в Древней Греции. Это были небольшие фонтанчики, но служили они не для эстетического удовольствия, а для удаления жажды, охлаждения и освежения воздуха. Они создавались при помощи бурения земли до подводных рек и ключей при естественных перепадах высот. Позже эти перепады начали создаваться искусственно.

Понятие акведук происходит от латинских слов aqua — вода и ducere — вести . Акведуки являются прототипом современного водопровода. Они доставляли воду до общественных купальниц, называемых термами, Навмахий — мест римских водных сражений, богатых домов и фонтанов, о которых позже и пойдет речь. Особенностью римских водопроводов являлось то, что строители, древние римляне, не достаточно хорошо знали о принципе сообщающихся сосудов, поэтому строили их всё время под небольшим наклоном вниз, хотя этого и не требовалось. Достаточно было построить хранилище выше всех тех мест, куда должна была поступать вода.

В общей сложности насчитывалось около 11 таких величественных сооружений. Практически все они хорошо сохранились до наших дней. Это, несомненно, говорит о том, что римляне были просто гениальными инженерами и строителями.

3.2 Фонтаны в Средневековье и Новом Времени

Основой фонтанов в Средневековой Европе послужили персидские сады. Мусульманские фонтаны были окружены террасами из разноцветной плитки. Брызги, отражаясь в них, представали перед зрителями необыкновенной картиной. В Европе же сады впервые появились при монастырях. В их середине был расположен фонтан-место для уединения, размышления, молитвы. Но в большинстве фонтаны еще использовались как источники воды для полива и питья.

Наибольшего расцвета ландшафтное искусство в области фонтанов достигло в XVII веке во Франции. Лучший пример-Версаль, расположенный в 17 километрах от Парижа. Это парк фонтанов и архитектурных шедевров. Здесь находятся более 25 фонтанов, разных не только внешним оформлением, но устройством подачи воды.

Фонтаны-шутихи — еще одно произведение фонтанного искусства, появившееся еще за полторы тысячи лет до нашей эры. Но широкое распространение получили такие забавные фонтаны только в XVII в Европе.

Первые европейские шутихи не имели собственного стиля и создавались по арабо-сицилийским мотивам. Первый такой фонтан появился в парке «Эдем» в Бургундии, Франция.

На данный момент наиболее известны фонтаны-шутихи Петра I . Их прообразом могли служить фонтаны в Хелльбрунне под Зальцбургом.

Смысл таких фонтанов в придании игривого настроения среди посетителей парка при помощи неожиданного поливания водой. Часто такие фонтаны замаскированы под обыденные предметы, что и добавляет потешности .

3.4 Фонтаны нашего времени

В наше время фонтаны из маленьких отверстий для питья превратились в огромные и сложные системы. Если раньше маленькие фонтаны, созданные руками человека, считались чудом света, то сейчас каких только видов нет: с музыкой, с подсветкой, танцующие и т.д. Самый мощный фонтан выдает струю высотой до 318 метров (высота Эйфелевой башни 300)!

Фонтаны блещут разнообразием. Каждый из них это произведение искусства. Кто-то впечатляет размерами, а кто-то красотой подачи воды. В этой работе можно проследить, как происходила их эволюция.

4. Самые известные фонтаны мира

Изучив множество фонтанов в процессе изучения данной темы, мы решили составить собственный список самых красивых и удивительных фонтанов мира.

Светозвуковой фонтан на Кипре. Этот фонтан находится в небольшом курортном городке Протарас. Пусть это и не самый крупный и знаменитый фонтан, но его лазерные шоу просто впечатляют свой красотой и оригинальностью.

Фонтан Треви в Риме, Италия. Этот фонтан знаменит на весть мир. Его основная особенность — скульптурная композиция Нептуна с нимфами.

Фонтан короля Фахда. Этот фонтан расположен в Саудовской Аравии. Это тот самый высокий фонтан, про который мы говорили ранее. Напомним, что высота столба, выбрасываемого им, равна 318 метрам!

Фонтан «Белладжио». Этот фонтан построен на берегу искусственного озера в Лас-Вегасе. Есть обычай делать предложение, стоя рядом с этим фонтаном. В этом случае он будет олицетворять красоту любви.

Это танцующий фонтан. Ночью он подсвечивается десятками прожекторов, а его струю поднимаются более чем на 80 метров и переливаются всеми цветами радуги.

И, конечно, не забудем про фонтан, из-за которого и зародилась идея создания этого проекта.

Фонтан «Дружбы Народов» в Москве. Этот фонтан был построен еще в 1954 году, в качестве символа единства Советского союза. Огромный размер, роскошные позолоченные статуи, олицетворяющие различные республики. Для нас этот фонтан является самым красивым и роскошным из всех.

5. Практическая часть

Изучив простейший принцип работы фонтанов, мы захотели создать свою собственную модель. Для этого нам потребовалось:

фанера для декорации;

ракушки для украшения;

Сначала мы придумали идею декорации фонтана. Наш выбор остановился на доме с садом.

Для исполнения идеи мы вырезали из фанеры необходимые детали: фасад дома, заднюю крышку и подставку. Потом мы сделали сами сообщающиеся сосуды из бутылки и резиновой трубочки. Насадку подсоединили к сосудам и замаскировали ракушками, сымитировав с помощью железной коробки наружную часть фонтана.

В конце мы соединили все детали с помощью шурупов, петель и магнитов. Для завершения работы нам осталось только раскрасить нашу модель.

В процессе изучения данной темы мы смогли доказать верность закона сообщающихся сосудов, узнать о различных способах его применения, выяснить, где и для чего впервые использовались свойства данного утверждения. Также мы смогли проследить эволюцию развития фонтанного искусства, его виды и ответвления, узнать впечатляющие факты.

Но самым главным нашим достижением мы считаем собственноручно сделанную модель фонтана, с помощью которой мы можем продемонстрировать механизм для подачи воды.

Анализ результатов, полученных в ходе данной работы, позволяет сделать выводы:

принцип сообщающихся сосудов оказался хорошо применим в современном мире;

история использования этого принципа берет начало еще в Древней Греции и тянется до наших дней;

фонтанное искусство неотъемлемо связано с простейшей физикой;

посмотреть принцип работы фонтана можно даже в домашних условиях;

собственноручно можно создать работающую модель фонтана.

Источник

Сообщающиеся сосуды

Закон сообщающихся сосудов

Сосуды соединенные между собой, жидкость в которых может свободно перетекать, имеющие общее дно, называются сообщающимися. В соответствии с законом Паскаля, жидкость передаёт оказываемое на неё давление во всех направлениях одинаково. В открытых сосудах, атмосферное давление над каждым из них одинаково, значит, и давление жидкости на стенки сосудов будет одинаковым на любом уровне. Так как давление жидкости прямо пропорционально её плотности и глубине, в случае одинаковой жидкости в сообщающихся сосудах на одинаковой глубине будет одинаковое давление, что и объясняет выравнивание уровней жидкости в них. В случае разных жидкостей, чтобы на одинаковой глубине было одинаковое давление, жидкость с меньшей плотностью должна иметь больший уровень в сравнении с жидкостью большей плотности. Т.е.

Свойство сообщающихся сосудов

Применение на практике

Благодаря своим свойствам, сообщающиеся сосуды нашли широкое применение в различных технических и бытовых устройствах. Перечислим некоторые из них:

• измерители плотности,
• жидкостные манометры,
• определители уровня жидкости (водомерное стекло, к примеру),
• домкраты,
• гидравлические прессы,
• шлюзы,
• фонтаны,
• водопроводные башни и т.д.

Свойство сообщающихся сосудов реализуется не только в физике. Такая известная поговорка «Если где-то прибыло, значит где-то убыло» фактически напрямую связана со свойством сообщающихся сосудов и означает, что в окружающем нас мире всё взаимосвязано, а значит – стремится к равновесию. Когда человек смещает это равновесие в одну сторону, это немедленно сказывается в чём-то другом. Над этим стоит задуматься, не так ли?

Материал по физике на тему «Сообщающиеся сосуды» для 7 класса.

Источник

Вечный фонтан Герона

Все современные фонтаны устанавливаются с насосным оборудование. Или не все? Конечно, нет, так как существует несколько способов заставить воду течь и даже фонтанировать без агрегатов принудительного действия. Использовать эти методы можно и в строительстве дачного фонтана Герона из бутылок, который будет функционировать без насоса.

Ели высота конструкции большая, то можно получить хороший напор

Как заставить течь воду без постороннего вмешательства

Если вы посещали школьные уроки физики, то уже должны представлять, за счет какой силы проще все заставить что-то двигаться. Конечно же, речь идет о гравитации или, по-другому, силе тяжести.

Для ее задействования вещь нужно поднять на некоторую высоту и отпустить. То же самое происходит и с водой. Если резервуар с ней поднять над землей и открыть пробку, то она за некоторое время вытечет.

Насос закачивает воду в бак, после чего она стекает по трубе вниз

Сила тяжести будет изначальным двигателем, который запустит наш фонтан.

• Присоединяем теперь к нашей гипотетической емкости трубку, которая будет уходить вниз – там мы направим воду строго в определенную точку.
• Если эту трубку внизу загнуть кверху, то вода начнет вылетать из нее с напором. Вот, в принципе, простейшее строение фонтана.
• Чем выше поднимается резервуар с водой, и чем шире диаметр трубы, тем сильнее будет напор. Давление в этом случае выражается в высоте водяного столба.

Подобным образом можно организовать фонтан для дачи, если есть какой-то источник, из которого основная емкость будет постоянно пополняться.

Например, можно задействовать ручей. В этом случае, помимо подачи следует побеспокоиться и о водоотведении.

Такой фонтанчик без насоса не сделаешь

Так как ручьи отыщутся далеко не на каждом участке, да еще и особенности рельефа могут не соответствовать, рассматривать подобный способ устройства фонтана не стоит.

Но для наполнения бака можно использовать и другие источники – тот же летний водопровод. Однако где-то там далеко воду в него также нагнетает насосное оборудование.

Так как же сделать постоянно работающий фонтан без насоса? Для этого одной силы тяжести недостаточно. Решение проблемы кроется в ее совместном действии с давлением. По этому принципу работает древний фонтан Герона.

Источник

Как сделать фонтан Герона из пластиковых бутылок своими руками

Фонтан Герона из бутылок своими руками – уникальное и интересное изобретение, которое способно удивить и взрослых, и детей. Сделать его можно в домашних условиях из использованной пластиковой тары. Главное, подготовить в нужном количестве расходный материал и следовать несложной инструкции. Если самодельный фонтан будет украшать сад, придомовую территорию, то его можно эффектно задекорировать, спрятав в кувшин, игрушку.

Принцип действия фонтана Герона из бутылок

Чтобы собрать фонтан в домашних условиях из бутылок, необходимо ознакомиться с принципом его работы, особенностями устройства. Основой в данном случае является механизм гидропневматики, где выталкивание воды струей вверх происходит за счет работы воздуха и самой жидкости. Кроме этого, здесь не последнюю роль играет гравитация, создающая в системе фонтана нужное давление. Составляющими такой конструкции выступают три емкости:

1. Чаша, которую условно можно обозначить стартовым местом, откуда вода начинает свое перемещение по системе. Представляет она собой открытый резервуар, напоминающий по внешнему виду миску, тарелку. Из этой чаши жидкость по тонкой трубке направляется в пустую тару, находящуюся в самом низу фонтана.
2. Нижний резервуар (пустой), он необходим для создания давления из стекающей с чаши жидкости, которая сжимает находящийся в нем воздух. В результате вода струей выталкивается вверх. Помимо этого, в данной пустой емкости собирается жидкость, создающая то самое нужное давление. Вода остается здесь до следующей перезарядки системы.
3. Верхний резервуар, который в заряженном состоянии наполнен водой. Это та жидкость, что выходит наружу в виде тонкой струи. Процесс выталкивания осуществляют за счет сжатого воздуха – давления, которое появилось в нижней емкости. Поступая по тонкой трубке в верхний резервуар, воздух выталкивает оттуда воду. А она уже в виде фонтанчика опять поступает в чашу, из которой стекает в нижнюю емкость.

Сделанный своими руками фонтан из бутылок не является бесконечным, периодически его нужно перезаряжать. Ничего трудного и сложного здесь нет – полную емкость (нижнюю) устанавливают на место пустого резервуара, который находится сверху, а пустой – на место полного. Чтобы запустить фонтан Герона, достаточно в верхнюю чашу долить немного жидкости.

Схема фонтана Герона из пластиковых бутылок

Для получения рабочего фонтана важно строго придерживаться схемы

Какие инструменты и материалы потребуются

Для сборки самодельного фонтана из бутылок и трубочек необходимо подготовить следующие расходные материалы и инструменты:

• пластиковая тара (из-под напитков, газированной воды, йогуртов);
• трубочки для коктейля/гибкий шланг;
• термоклей/герметик;
• сверло/гвоздь (для проделывания отверстий);
• фрагменты от толстого стержня шариковой ручки/коннекторы от капельницы (в случае применения гибкого шланга);
• крепежные элементы типа саморезов;
• электродрель;
• плоскогубцы;
• острый нож;
• ножницы;
• маркер;
• наждачная бумага.

Как сделать фонтан Герона из пластмассовых бутылок своими руками

Есть несколько вариантов изготовления фонтана Герона, и из одной бутылки, и из 2-3. Каждый из них имеет свои конструктивные особенности, которые следует учитывать, чтобы система функционировала долго и эффективно.

Как сделать фонтан Герона из одной бутылки

Собрать фонтан из ПЭТ бутылки можно, придерживаясь следующей технологии:

1. Сделать в пробке от пластиковой тары отверстие, просверлив его электродрелью, либо путем использования раскаленного гвоздя. Главное, чтобы соломинка или трубочка входила в него достаточно туго.
   
2. Наполнить емкость водой, но не доверху.
   
3. Вставить пробку в горлышко, в проделанное отверстие – трубку, нижний конец которой должен оказаться в воде, достигнув самого дна.

Чтобы фонтан, изготовленный своими руками из бутылки и пластиковой трубочки, начал функционировать, необходимо сжать находящийся внутри емкости воздух. Для этих целей отлично подойдет насос, применяемый для накачивания мячей.

За неимением насоса можно воспользоваться следующим способом: дунуть через трубочку изо всех сил. Во избежание травмирования губ ее конец не должен иметь никаких зазубрин, заостренностей. При использовании стеклянного элемента конец можно оплавить при помощи парафиновой свечи, горелки. Если это металлическая соломинка, то нужно опилить ее конец мелким напильником.

Фонтан из одной бутылки будет действовать до тех пор, пока в ней находится сжатый воздух. В попытке расшириться он вытесняет из емкости жидкость.

Первый вариант фонтана функционирует при условии достаточного количества сжатого воздуха внутри резервуара. Учитывая этот момент, продлить эффект можно, если удастся периодически подкачивать воздух. Нужно обустроить в пробке еще одно отверстие, через которое установить дополнительную пластиковую трубочку/соломинку. Погружать ее в воду не нужно. Необходимо отогнуть верхний ее конец, и дуть в него, либо накачивать воздух при помощи насоса с вентилем, подойдет и аквариумный компрессор. Работа фонтана из пластиковой бутылки будет продолжаться в этом случае, пока жидкость не закончится.

Как сделать фонтан из двух бутылок

Эту модель фонтана из 2 пластиковых бутылок, которую тоже можно запросто собрать своими руками, делают по следующей схеме:

1. Подготовить две емкости и в пробках просверлить по 2 отверстия под трубочки. Во втором резервуаре должны находиться 2 короткие соломинки.
   
2. Соединить при помощи резиновой трубочки 2 бутылки, установить на разной высоте.
   

Если дунуть в соломинку первой бутылки, то начнется процесс движения воды из нее во вторую пластиковую емкость. Даже если перестать дуть, то жидкость все равно будет течь. Здесь главное, чтобы одно отверстие находилось на определенном расстоянии от другого, была сохранена эта разность высот.

Если попытаться заглушить пальцем выходную трубочку второй емкости, то можно ощутить давление воздуха. Это называют героновым компрессором. Если состыковать шланг и аквариумный распылитель, то такая своеобразная продувка будет функционировать до того момента, пока жидкость из первого резервуара не окажется во втором. Чтобы такой компрессор работал очень долго, а не один час, понадобится емкость большего объема и тонкая трубочка.

Интересно, что фонтан в действительности является разработкой древнего инженера Ктезебея. Он и Герон Александрийский, математик и механик, изобрели множество оригинальных устройств, среди которых двухцилиндровый распылитель однократного действия, автоматический механизм для открывания дверей в храме.

Фонтан Герона из 3 бутылок

Работает фонтан из трех пластиковых бутылок довольно эффективно, бесшумно, хорошо помогает освежить воду в аквариуме, а также повысить уровень влажности в помещении. Алгоритм выполнения работ следующий:

1. Необходимо разрезать одну пластиковую емкость напополам, где верхняя ее часть (с горлышком) будет исполнять роль резервуара для фонтана.
   
2. Следующим этапом идет проделывание отверстий в крышках. Через них будут проходить трубочки/соломки от коктейлей, капельница.
   
3. Нужно произвести стыковку нижней и средней емкости, склеив пробки между собой, их заранее прикрепляют к горловине.
   
4. Чашу, где будет изливаться непосредственно сам фонтан, приклеивают ко дну второго пластикового резервуара. Обязательно в пробке и днище нужно сделать отверстия подходящего диаметра. Все стыковочные участки необходимо хорошо загерметизировать.
   
5. Заполнить верхнюю емкость жидкостью, равной объему второй бутылки. Стекать она будет в нижнюю часть. Возвратить воду в центр фонтана можно, просто перевернув систему.
   

Как только вся вода будет находиться в центральном резервуаре, уникальное устройство начнет действовать, не требуя дополнительных источников питания. Сделать фонтан из бутылки и трубки под силу каждому, если соблюдать определенную последовательность действий. Доливая в верхнюю емкость жидкость, способствуют запуску следующего цикла:

• вода из верхнего резервуара поступает в нижний, провоцируя выход воздуха во вторую бутылку;
• благодаря имеющемуся давлению воздушных масс во втором резервуаре жидкость вынуждена находить для себя выход, и это пластиковая трубочка;
• жидкость поступает в соломинку, направляется вверх и появляется действующий фонтан.

Благодаря фонтану в комнате можно повысить уровень комфорта в ней, микроклимат станет на порядок лучше, уменьшится количество сухого воздуха, влажность будет в оптимальном диапазоне, 40-60%. Это особенно важно для здоровья человека, комнатных культур и домашних питомцев. Это устройство позволит поддерживать влажность воздуха в отопительный сезон, когда ее показатели составляют 22%. Такой увлажнитель, собранный из пластиковой тары, будет способствовать очищению воздуха от частиц пыли, эффективно смягчать его. Фонтан из пластиковых бутылок также будет полезен для рыбок в аквариуме.

Заключение

Фонтан Герона из бутылок своими руками представляет собой довольно интересную конструкцию, которая пригодится в доме. Это одновременно и украшение, и увлажнить воздуха. Для ее изготовления не нужны серьезные финансовые и трудовые затраты, действуя согласно схеме, можно легко и быстро собрать это оригинальное устройство. Особенно интересен фонтан из пластиковых бутылок, сделанный своими руками, будет детям.

Источник