Строение фонтана для физики

Принцип действия фонтанов

Результаты исследования учащимися работы фонтанов.

Просмотр содержимого документа
«Принцип действия фонтанов»

Устройство фонтана основано на принципе сообщающихся сосудов известного нам из физики. Воду собирают в емкость расположенную выше бассейна фонтана. При этом давление воды на выходе из фонтана будет равно разнице высот воды H1. Соответственно чем больше разница этих высот, тем сильнее давление и выше бьет струя фонтана. Так же на высоту струи фонтана влияет диаметр выходного отверстия фонтана. Чем оно меньше, тем выше бьет фонтан.

В циркуляционных фонтанах вода бежит по замкнутому кругу. Основной резервуар у них расположен внизу. Вода из резервуара поднимается выше по шлангу с помощью помпы. Шланг проходит внутри и не заметен снаружи. Поднявшись до верха, вода стекает по руслу декоративного горного ручья, выливается из кувшина в руке восточной красавицы или спадает вниз серией каскадов и попадает обратно в основной резервуар. Фонтаны, основанные на принципе циркуляции, не требуют подачи к ним воды. Достаточно залить воду один раз, а затем уже доливать по мере ее испарения.

Подъем воды в верхнюю чашу осуществляется за счет напора воды высотой H1, при этом воду фонтан поднимает на гораздо большую высоту H2, что на первый взгляд кажется невозможным. Ведь на это должно потребоваться гораздо большее давление. Фонтан не должен работать. Греки догадались передавать давление воды из нижнего сосуда, в средний сосуд, не водой, а воздухом. Поскольку вес воздуха значительно ниже веса воды, потери давления на этом участке получаются очень незначительными, и фонтан бьет из чаши на высоту H3. Высота струи фонтана H3, без учета потерь давления в трубках, будет равна высоте напора воды H1.

Оборудование: штатив — 2; пластмассовая бутылка; резиновые трубки диаметром 4 мм, 6 мм, 8 мм; кювета.

(для контрольной точки)

Высота фонтана зависит от диаметра трубки. Чем меньше диаметр

трубки, тем выше столб фонтана.

• Во всех фонтанах используются сообщающиеся сосуды
• В сообщающихся сосудах однородная жидкость стремится оказаться на одном уровне
• Фонтан бьет за счет разности высот воды в сообщающихся сосудах
• Различие в способе подачи воды в основной резервуар

Источник

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

Научно-исследовательская работа «Создание и изучение модели фонтана Герона»
творческая работа учащихся по физике (7 класс) на тему

Скачать:

Вложение	Размер
sozdanie_i_izuchenie_modeli_fontana_gerona.doc	94.5 КБ

Предварительный просмотр:

Районная открытая научная конференция школьников

Название работы: Создание и изучение модели фонтана Герона

II. Основная часть

2.1. История и назначение фонтанов 4

2.2. Фонтан Герона 4

2.3. Создание модели фонтана, проведение и результаты экспериментов 5

III. Заключение. Выводы 7

IV. Библиографический список 9

Говорят, есть три вещи, на которые можно смотреть бесконечно – огонь, вода и звезды. Воздух у водоема всегда чист, свеж и прохладен. Наверное, каждый замечал, насколько легче дышать возле воды, как исчезают усталость и раздражение, как бодрит и одновременно умиротворяет нахождение вблизи моря, речки, озера или пруда. Да и не зря говорят, что вода – «очищает», «омывает», не только тело, но и душу.

Конечно же, мы не всегда можем позволить себе отправиться на берег ручья или горного водопада. К сожалению, в нашем селе нет ни одного действующего фонтана! Ни в одной здании, будь то офис, кинотеатр или дворец культуры, я не встречала даже маленьких декоративных фонтанов.

Но можно самому изготовить «комнатный фонтан», который улучшит микроклимат в доме, подарит нам радость, ощущение уюта и комфорта. Движущаяся вода, которая тихонько плещется или брызжет вверх, окажет успокаивающее воздействие на слух, зрение и психику.

Основная цель данного проекта: собрать модель фонтана и выяснить, от каких физических параметров зависит высота струи в нем.

Поставленная цель предусматривает решение следующих задач:

1. Подобрать, изучить и обработать различные источники информации по данному вопросу.
2. Познакомиться с историей и назначением фонтанов.
3. Изучить принцип действия фонтана Герона.
4. Организовать и провести эксперименты, в ходе которых установить зависимость высоты струи фонтана от различных параметров.
5. Сделать необходимые выводы.

Гипотеза: Я предполагаю, что изучив устройство и принцип работы фонтана Герона, я смогу собрать модель фонтана.

Объект исследования: фонтан Герона.

Методы исследования: теоретический, экспериментальный, практический, анализ, обобщение.

Практическая значимость: собрав и изучив модель фонтана, в дальнейшем на основе предложенной идеи с использованием дополнительных средств можно будет изготовить фонтан на дачном участке или в загородном доме. Зона отдыха есть в любой квартире, и, конечно же, её украшением может стать фонтан. Такой фонтан может также украсить холл школы, офиса или больницы.

Фонтаны необходимы человеку, т.к. они:

экономичные увлажнители воздуха, благоприятно влияют на здоровье, особенно при заболеваниях дыхательной системы, благотворно воздействуют на психику человека, уменьшается накопление статистического электричества в ковровых покрытиях, связанного с излучением компьютеров.

II. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

2.1 История и назначение 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.

Уже в древности люди задумывались о том, как создать искусственные водоемы, особенно интересовала их загадка бегущей воды.

Первые фонтаны (VI в до н.э.) 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. Египтяне сооружали фонтаны во фруктовых садах возле дома. Первые фонтаны имели очень простое устройство и совсем не были похожи на пышные фонтаны современности. В Риме фонтаны сооружались как источники питьевой воды и для того, чтобы освежить воздух в жару. Римляне значительно усовершенствовали устройство фонтанов. Для фонтанов они делали трубы из обожженной глины или свинца. В эпоху расцвета Рима, фонтан стал обязательным атрибутом всех богатых домов. Струи воды били изо рта красивых рыб или экзотических животных.

Фонтаны современного мира представляют собой настоящие шедевры инженерной и конструкторской мысли: это самые разнообразные сооружения, привлекающие туристов красотой и величием, высотой и впечатляющим декором.

2.2 Фонтан Герона

С античных времён сохранились работы греческого механика Герона Александрийского, жившего в I – II в. н. Одним из устройств, описанное учёным, был волшебный фонтан Герона. Главное чудо этого фонтана заключалась в том, что вода из фонтана била сама, без использования какого-либо внешнего источника воды.

Геронов фонтан состоит из открытой чаши и двух герметичных сосудов расположенных под чашей. Каждая емкость фонтана служит для определенной цели. Фонтан Герона начинается с чаши. Она представляет собой миску, наполненную водой. Из верхней чаши в нижнюю ёмкость идёт полностью герметичная трубка. Именно по ней вода начинает свое движение. С верхней чаши вода по трубке начинает стекать в нижнюю ёмкость, вытесняя оттуда воздух. Поскольку сама нижняя ёмкость полностью герметична, то воздух выталкиваемой водой по герметичной трубке передаёт воздушное давление в среднюю чашу. Давление воздуха в средней ёмкости выталкивает воду, и фонтан начинает работать.

Фонтан Герона может работать очень долго, но емкости приходится менять местами. Потому что нижняя постепенно наполняется водой, а верхняя — воздухом, а значит, перестает создаваться нужное давление.

2.3 Создание модели фонтана, проведение и результаты экспериментов

Изучив теорию, мне предстояло собрать модель фонтана Герона. Для этого я использовала 2 капельницы, 2 пластиковые бутылки (емкостью 1, 5 литра), пластиковую чашу из-под торта, наконечник от ручки, пластилин для создания герметичности установки и краски, чтобы подкрасить воду.

Зависимость высоты струи от уровня воды в среднем сосуде

(диаметр отверстия наконечника одинаковый во всех опытах)

Источник