Научно-исследовательская работа "Создание и изучение модели фонтана Герона" творческая работа учащихся по физике (7 класс) на тему. Как сделать макет фонтана самому в домашних условиях (задание по физике)? Как сделать фонтан по физике из капельницы

Уже в древности люди задумывались о том, как создать искусственные водоемы, особенно интересовала их загадка бегущей воды. Слово фонтан – латино-итальянского происхождения, происходит оно от латинского «фон тис», что переводится «источник». По смыслу это означает струю воды, бьющую вверх или под напором вытекающую из трубы.

С архитектурной точки зрения – фонтан – сооружение, которое служит основанием или ограждением для струящихся вверх и стекающих вниз струй воды. Изначально фонтаны возводились как общественный источник питьевой воды. Позднее сочетание зелёных насаждений, движущейся воды из фонтанов и архитектурных композиций стало одним из средств выполнения неповторимых художественно-образных решений в современной архитектуре.

Айвазовский Иван."Большой Петергофский дворец."

Стихи о фонтанах. У фонтана затаилось тягостное море, Брезжит свет и отмель ловит бриз. Влажный сон в долинах и на взгорьях, У фонтана строгий кипарис. У фонтана солнечно и ясно, Шарм и мифы бархатной поры, Мир земной рождается и гаснет В брызгах струй и играх мошкары. Дымные и облачные станы Водят тень у медного ручья. Я к полудню прихожу к фонтану, Где любовь, как вечная ничья… И от зноя пьяным и усталым, Дикарём в тропической пыли Небо пью губами перевала, И швыряю к югу корабли. Крым под звёздным куполом манежа, Крым в камнях, зализанных волной, В каждом отъезжающем приезжем, Взглядом породнившимся со мной. Данилюк Сергей. Остановлюсь я у фонтана. Развесит он свои ладони, Разбрызжет радость он пространно, Устроит капелек погоню. Фонтан живые брызги счастья На теле свежестью оставит, Прохладу даст среди ненастья, И жизни радугу составит. Яна Гончарук.

Герона. Это водяное устройство было известно еще 2000 лет тому назад. Тем не менее в наши дни мало кто задумывается о том, как оно работает. Ведь сейчас в продаже имеется много домашних фонтанчиков самого разного вида. Но особенность этого фонтана в том, что он работает безо всякого двигателя, и его можно сделать своими руками.

Не надо покупать

Любители самоделок будут рады узнать, что это устройство можно смастерить быстро и просто. Как сделать фонтан Герона? Для начала надо подготовить материалы и разобраться в принципе его работы. Простой фонтан Герона своими руками сделать совсем несложно. Да и состоит он всего из двух емкостей для воды, трубок и чаши. Все эти предметы соединяются между собой и, благодаря существующей на Земле гравитации, происходит выталкивание струи воды над поверхностью чаши. Также действует фонтан Герона в полном соответствии с законами гидропневматики.

Детали

Каждая емкость фонтана служит для определенной цели. Фонтан Герона начинается с чаши. Она представляет собой миску, наполненную водой, из которой отходит тонкая трубка, направленная в нижнюю емкость. Именно по ней вода начинает свое движение. Эта емкость пуста. В ней накапливается вода, которая, поднимаясь вверх, создает давление воздуха, поднимающегося по тонкой трубке, и попадает в верхнюю емкость, наполненную водой. Отсюда воздух выталкивает воду, которая движется по трубке в чашу с водой и создает струю, что видна над поверхностью жидкости. 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.

В чем секрет

Возможно, вы удивитесь, прочитав сейчас о том, как можно сделать фонтан своими руками. Ведь в этой модели используется пластмасса, а 200 лет назад ее еще не изобрели. Все просто. Греческий изобретатель использовал стеклянные емкости. Для начала он провел эксперимент. Налил воду в стеклянную бутылку, затем заткнул ее пробкой, в которой проделал отверстие. В это отверстие он вставил трубку, доходящую до дна бутылки. Поставив эту конструкцию на солнце, Герон принялся наблюдать за ней. Солнце начало нагревать бутылку, и вода устремилась по трубочке вверх. Причем, чем сильнее грело солнце, тем больше вытекало воды. Тогда Герон взял увеличительное стекло и направил его на бутылку, чтобы усилить действие солнечных лучей. Нагретая вода высокой струей вырвалась по трубке из бутылки. Это натолкнуло Герона на мысль о том, что вода может двигаться по кругу, поднимаясь из бутылки и возвращаясь в нее. Тогда он стал думать над тем, как сделать так, чтобы вода самостоятельно возвращалась обратно в емкость.

Что дальше

Изобретатель придумал поместить внутрь одного сосуда еще два. Третий сосуд был пустым, а второй - наполненным водой. Вода поступает в третий сосуд, создавая давление воздуха, от которого она поднимается вверх по трубке, расположенной в середине третьего сосуда. Из второго сосуда вода начинает движение в третий, расширяясь при нагревании солнечными лучами. В итоге зрители видят бьющую струю фонтана над поверхностью чаши. Первый свой фонтан Герон разместил в храме. В то время это было похоже на чудо, потому что никто не мог объяснить, как работает этот фонтан, ведь не было видно ни механических устройств, ни труб, с помощью которых могла бы закачиваться вода.

В наши дни

Изобретение Герона до сих пор интересно нашим современникам. Особенно оно удивляет детей, которые еще не знакомы с законами физики. Современные изобретатели постепенно совершенствуют проект Герона. Добавляют к нему что-то новое, улучшают его свойства и, конечно же, придумывают что-то свое. Например, можно увеличить высоту струи, если соединить между собой несколько емкостей, тогда давление суммируется и выталкивает струю воды на дальнее расстояние. Еще придумывают различные способы перезарядки фонтана. Хорошо бы было сделать так, чтобы человеку не пришлось принимать участие в этом процессе.

В наше время даже школьник может смастерить Геронов его - вы прочитали в нашей статье. Можно декорировать это изобретение и установить у себя на даче или в квартире, удивляя гостей.

Данный Фонтан из пластиковых бутылок не требует никаких денежных затрат. Ведь, гравитация, благодаря которой он работает, пока бесплатна.

Фонтан Герона Александрийского известен уже 2000 лет. Тем не менее, многие с ним знакомятся впервые. Уникальность данного фонтана заключается в том, что его струя бьёт выше уровня воды-источника, и это при отсутствии двигателя !

Фонтан Герона Александрийского является загадкой для непросвещенного человека. Создается впечатление, что нарушается закон о сообщающихся сосудах. Кажется, что фонтан может работать вечно, потребляя свою собственную воду.

Данный фонтан удобно использовать дома в качестве увлажнителя воздуха для цветов.

Инструкция пользования фонтаном:

1. Открутить нижнюю бутылку и заполнить ее водой.

2. Прикрутить бутылку с водой обратно.

3. Перевернуть фонтан чашей вниз и дождаться, когда вода перельется во вторую бутылку.

(Если вода сразу не льется, следует немного нажать на бутылку, чтобы запустить процесс)

4. Поставить фонтан вверх чашей. Фонтан готов к запуску.

5. Для запуска фонтана необходимо налить в чашу немного воды (30-50 мл).

6. После окончания фонтанирования перевернуть фонтан чашей вниз для перезарядки. (Раскручивать фонтан и доливать в него воду уже не нужно)

7. Можно снова повторять пункты 3 - 6 до бесконечности!

Желаем приятно провести время, наслаждаясь нашим фонтаном!

МАТЕРИАЛЫ:

Пластиковая бутылка (2 л) и две бутылки от питьевого йогурта.

Соломинки для коктейля, стержень от гелевой ручки, трубка от капельницы, коннекторы от капельницы (можно вместо них использовать отрезки от гелевого стержня), гвоздь, колпачок от клея.

ОБОРУДОВАНИЕ:

Спиртовка, нож, плоскогубцы, ножницы, маркер, наждачная бумага, клеевой пистолет (или любой другой водостойкий клей).

ИНСТРУКЦИЯ:

Шаг 1.

Зачищаем наждачной бумагой пробки от бутылок и склеиваем их клеевым пистолетом. Разогретым на спиртовке гвоздем проделываем два отверстия в склеенных пробках. Вставляем в отверстия коннекторы от капельницы.

Шаг 2.

Ко дну бутылки от йогурта приклеиваем пробку от 2 л бутылки. Проделываем в ней два отверстия горячим гвоздем.

Шаг 3.

В отверстия вставляем трубку от капельницы (~40 см) и соломинку без гофрированной части. Удлиняем соломинку с другой стороны, чтобы она доставала до горлышка бутылки. В конец трубки от капельницы вставляем отрезок стержня от гелевой ручки для жесткости и герметизируем щели вокруг обеих трубок клеем.

Шаг 4.

Вставляем второй конец трубки от капельницы к центральному коннектору в склеенных пробках. Ко второму коннектору присоединяем трубочку от коктейля. Обрезаем конец трубочки, чтобы она доставала до дна бутылки.

Шаг 5.

Отрезаем от 2 л бутылки верхнюю часть и присоединяем ее к приклеенной пробке.

Шаг 6.

Изготавливаем из отрезка трубки от капельницы и соединительной части гелевого стержня (или колпачка от клея) сопло для нашего фонтана. Присоединяем сопло к желтой трубочке при помощи коннектора от капельницы и отрезка оранжевой трубочки.

[Чтобы трубочки входили друг в друга необходимо одну из них предварительно расширить (концом ручки, например).]

Главное назначение сопла - получение тонкой высокой струи. Можно обойтись и обрезком трубочки от капельницы без сопла - тогда вода из фонтана будет просто выливаться вниз как водопад.

Шаг 7.

Присоединяем ко второй стороне двойной пробки трубочку к центральному коннектору.

Обрезаем трубочку так, чтобы ее конец доставал до дна бутылки.

Шаг 8.

Собираем все части фонтана вместе

Шаг 9.

При необходимости делаем подставку к фонтану для его большей устойчивости.

Обрезаем нижнюю часть 2 л бутылки.

Приклеиваем эту подставку ко дну нижней бутылки фонтана.

Шаг 10.

Фонтан готов. Можно приступать к испытанию.

Видео инструкция:

P . S . Для любителей умных формулировок…

Геронов фонтан - это однотактный гидропоршневой гравитационный компрессор.

Сколько интересного вокруг нас.

Во все времена люди украшали своё жилище цветами. И у нас в доме очень много цветов, которые расставлены по подоконникам, полкам и даже стоят на полу. Они требуют много внимания: поливка, опрыскивание. Одни требуют много воды, другие – мало. Однажды я заметила, что земля в цветах очень быстро высыхает. Мама сказала, что очевидно в доме довольно сухой воздух. Я задумалась, можно ли увлажнить воздух в доме и тем самым помочь растениям?

Способы увлажнения воздуха в квартире.

Существует множество способов и устройств увлажнения воздуха. Бытовые приборы, повышающие влажность воздух в доме красивы и эффективны, но очень дорогостоящие. Есть народные методы увлажнения воздуха в помещении. Большая их часть сводится к тому, что вода должна испаряться естественным путём. Это могут быть открытые ёмкости с водой или влажная ткань. Однако, чтобы такой способ увлажнения принёс заметный результат, нужно регулярно смачивать ткань и подливать воду в ёмкости. Количество испаряемой жидкости будет небольшим, а значит необходимо развесить не один кусок ткани и поставит не одну ёмкость с водой. Стоит ли превращать комнату в выставку сосудов с водой и мокрых кусков тканей? Я предлагаю использовать для увлажнения воздуха макет фонтана Герона.

Фонтан Герона.

Ещё древние греки обратили внимание на чудо природы – родники. Они украшали родники зеленью и цветами, обкладывали камнями. Вода лилась струйкой, и было удобно наполнять ею посуду. В древнем Риме стали сооружать искусственные родники. Так появились первые фонтаны.

Древнегреческий механик Герон Александрийский создал самый остроумный по конструкции фонтан. Он состоит из трёх сосудов: верхнего, открытого А и двух шарообразных Б и В, герметически замкнутых. Сосуды соединены тремя трубками.

Когда в А есть немного воды, шар Б наполнен водой, а шар В – воздухом, фонтан начинает действовать: вода переливается по трубке из А в В, вытесняя оттуда воздух в шар Б; под давлением поступающего воздуха вода из Б устремится по трубке вверх и бьёт фонтаном над сосудом А. Когда шар Б опорожнится, фонтан перестаёт действовать.

Сборка и испытание макета фонтана Герона.

Упрощённую конструкцию фонтана Герона я попробовала создать в домашних условиях. Вместо шаров я взяла две пластиковые бутылки сосуды Б и В, из под газированной воды ёмкостью 1 литр, с двумя отверстиями в крышке и дне. Плоский сосуд А изготовила из нижней части пластиковой бутылки большей ёмкости. Вместо стеклянных трубок взяла капроновые от медицинской системы переливания растворов. Сосуд А с помощью трубки соединила с сосудом В, а сосуд В также с помощью трубки соединили с сосудом Б. Сосуд Б соединили с сосудом А, в котором сделала специальное устройство для получения струи. Все три сосуда поставила на разных уровнях друг над другом. Сосуд В заполнен воздухом, в сосуд Б залила воду, а в сосуд А налила воды до уровня нахождения устройства для образования струи. Вода переливается по трубке из А в В, вытесняя оттуда воздух в сосуд Б; под давлением поступающего воздуха вода из Б движется по трубке вверх и образуется струя фонтана. Когда вся вода из сосуда Б перельется в сосуд В фонтан перестает действовать.

Мой фонтан принесёт пользу домашним растениям.

Разместив конструкцию фонтана рядом с цветами, мы существенно улучшаем микроклимат, а цветы отвечают обильным цветением. Для увеличения эффективности работы фонтана можно использовать бутылки большей ёмкости и увеличить высоту струи. Когда сосуд В ниже сосуда Б на 35 см струя воды в сосуде А уменьшилась. Измерили струю линейкой – получилось 5 см. Попробовали все три сосуда поставить на одном уровне, тогда вода из сосуда Б перестала поступать в сосуд А, и струи не было.

А когда сосуд В опустили ниже сосуда Б на 60 см, образуется хорошая струя воды.

Расчёт экономических затрат на построение макета фонтана.

Данная конструкция фонтана материальных затрат не требует.

Для изготовления своего фонтана я применила использованные пластиковые бутылки и систему для переливания растворов:

1. бутылки газированного напитка емкостью 1 литр.– 3 штуки;
2. медицинская система для переливания растворов – 1 комплект.

Я не учитывала затраты на оплату труда, так как выполняла изделие не на продажу, а в подарок маме. Для мамы моя работа, я думаю, будет бесценна, а для меня счастье и гордость за то, что этот макет будет радовать глаз наших гостей и приносить пользу. Я буду очень гордиться, когда мама будет рассказывать о том, что этот макет действующего фонтана изготовила я.

Выводы и самооценка.

Фонтан можно построить в домашних условиях из подручных средств.

Для того чтобы бил фонтан нужно давление, а чтобы оно появилось должен быть перепад уровней воды.

Макет фонтана, выполненный мной, получился. Но работать было нелегко. Трудно было разработать и изготовить сам макет: проделать отверстия в бутылках и добиться хорошей струи воды. Работа над проектом заняла у меня немало времени, но я очень довольна своим результатом. И уверена, что те знания, умения и навыки, которые я приобрела, пригодятся мне в дальнейшем.

Я считаю, что с задачей, которую поставила перед собой, справилась.

Хоть трудна была задача, но пришла ко мне удача!
На вопросы отвечала, значит, много я читала.
Со спокойною душой отправляю вам доклад свой.

Список литературы

1. Большая советская энциклопедия.–М., 1977.–т. 27
2. Техника: Энциклопедия/ Оформл. Серии Л. Яковлева.– М.: ООО “РОСМЭН–ИЗДАТ”, 2000.–399с.–(Детская энциклопедия).
3. Я. И Перельман “Занимательная физика” книга 2, ТРИАДА–ЛИТЕРА Москва, 1994 год.– 117с.

Чупрова Полина Петровна,
ученица 7 класса.

Руководитель:

Чупрова Наталья Александровна,
учитель физики.

МОУ Восяховская средняя общеобразовательная школа
с. Восяхово

САМЫЙ ПРОСТОЙ ФОНТАН

Для того чтобы соорудить фонтан, возьми пластиковую бутылку с отрезанным дном или стекло от керосиновой лампы, подбери пробку, закрывающую узкий конец. В пробке сделай сквозное отверстие. Его можно просверлить, провертеть граненым шилом или прожечь раскаленным гвоздем. В отверстие должна плотно входить стеклянная трубка, изогнутая в форме буквы «П» или пластиковая трубочка.

Зажми пальцем отверстие трубки, переверни бутылку или ламповое стекло вверх дном и наполни водой. Когда откроешь выход из трубки, вода забьет из нее фонтаном. Он будет работать до тех пор, пока уровень воды в большом сосуде не сравняется с открытым концом трубки, Попробуй объяснить, почему это так.

ТРИ ФОНТАНА

Готовим оборудование

Берем бутылочку со вставленной в пробку трубочкой из стрержня шариковой ручки или обыкновенной аптечной пипетки. Только у нее стеклянная трубочка слишком коротка. Поэтому лучше оставить и резиновый мешочек, срезав его донышко ножницами.

В пробке прожги раскаленным гвоздем отверстие и вставь в него трубочку очень туго. Если получится слабовато, залей щель воском или варом. Подбери небольшую бутылочку, которую пробка закрывала бы плотно.

Налей в эту бутылочку почти до горлышка воду, слегка подкрашенную чернилами, и заткни пробкой.
Вода в бутылочке находится под атмосферным давлением. Снаружи давление такое же.

Как сделать, чтобы фонтан забил?

Опыт 1

Для этого есть два способа. Первый - уменьшить давление снаружи.
Поставь бутылочку в мелкую тарелку. Налей в эту тарелку немного воды и разложи листки промокательной бумаги. Возьми трехлитровую стеклянную банку и подержи ее перевернутой над горящей свечой, над плитой или электроплиткой. Пусть прогреется хорошенько, пусть наполнится горячим воздухом.

Готово?
Ставь ее вверх дном на тарелку, края - на промокашку. Теперь бутылочка накрыта. Воздух в банке начнет остывать, вода из тарелки будет всасываться. Скоро она вся уйдет под банку. Эй, берегись, сейчас воздух проскочит под краями! Но мы ведь не зря подложили промокашку. Крепко надави на дно банки, она прижмет мокрые листки, и воздух не проскочит. Фонтан забьет!

Опыт2

Фонтан можно привести в действие и другим способом. Воздух в бутылочке надо сжать! Возьми верхний конец трубочки в рот и вдувай воздух сколько хватит силы. Из нижнего конца трубочки побегут пузырьки.

А теперь отпускай. Смотри, как славно забил наш фонтан!
Жаль только, что он недолго действует. Это потому, что запас сжатого воздуха быстро кончается. Чтобы фонтан работал дольше, надо воды в бутылочку наливать немного. Все равно для работы фонтана ее хватит, а воздуха в бутылочку войдет больше. И подкрашивать воду чернилами не надо. Ведь этот фонтан будет бить не под стеклянной банкой, он и без чернил хорошо будет виден. А трубочку здесь приходится брать в рот.

Опыт 3

Этот фонтан похож на предыдущий. Внутри бутылочки создается повышенное давление. Только не вдуванием воздуха, а другим способом.

Положи в бутылочку несколько кусочков мела и заполни ее на три четверти уксусом. Быстро закупорь ее пробкой с трубочкой и поставь в раковину или большой таз, чтобы уксус не попал, куда не надо. Ведь в бутылочке начнет выделяться углекислый газ, и под его давлением из трубки забьет уксусный фонтан!

ФОНТАН В БУТЫЛКЕ

Возьмите небольшую бутылку или флакон, просверлите в пробке отверстие и вставьте в него отработанный длинный стержень от шариковой ручки. Предварительно нужно очистить стержень от остатков пасты, используя для этого проволочку и кусочек ваты, смоченной в одеколоне. Для лучшей герметичности залепите пластилином место на пробке, где вставлена трубка. Стержень должен немного не доходить до середины флакона, а его наружный конец пусть возвышается над пробкой на несколько сантиметров. Отверстие конца стержня, который находится внутри флакона, предварительно надо уменьшить в диаметре. Это можно сделать, вставив в него пробочку из куска спички и проколов ее тонкой иголкой.

Налейте в кастрюльку воду, поставьте в нее флакон (чтобы он не плавал!) и доведите воду до кипения. Пусть вода покипит несколько минут. Пока вода кипит, приготовьте на столе стакан с водой, подкрашенной красной акварельной краской или крупинкой марганцовки. На стакан положите кусок картона с отверстием, в которое сможет войти горлышко бутылочки или флакона со стержнем от шариковой ручки.

Теперь надо действовать решительно и быстро: выньте флакон из кипящей воды и, перевернув вверх дном, вставьте его в отверстие приготовленной картонки на стакане, при этом наружный конец стержня опустится в подкрашенную воду. Из кончика стержня во флаконе начнет бить тонкая цветная струйка фонтана. Когда вы кипятили воду, часть горячего воздуха, расширившегося от нагревания, вышла из флакона, в нем образовалось разреженное пространство, а наружное атмосферное давление вогнало в него воду из стакана. При этом струйка холодной воды тоже помогла охладить воздух внутри флакона и уменьшить его объем.

Теперь, когда струя перестала подниматься, посмотрите, сколько воды набралось во флакон. Ровно столько воздуха вышло из него, когда его готовили к опыту - кипятили в кастрюльке.

ФОНТАН НА СТОЛЕ

Понадобится трубка длиной 30−40 см, чем она шире, тем дольше будет бить фонтан. Вырежем два кружка, плотно входящих в трубку. Пустой стержень от шариковой ручки наискось разрежем пополам. Наконечник вынем, изнутри иголкой вытолкнем шарик и вставим наконечник обратно.

Половина стержня с наконечником пропущена сквозь один кружок, вторая половина сквозь другой. Наискось режут для того, чтобы половинки, даже уперевшись в кружки, не оказались закрытыми.

Нижним концом игрушки зачерпываем воду из ванны и ждём, когда польётся из наконечника. Затем переворачиваем. Вода остаётся только между кружками. В этом положении опускаем игрушку в ванну, что показано на другом рисунке.
Вода заполняет игрушку снизу, вытесняя воздух в отсек между кружками. Он давит на воду, находящуюся там, - и из наконечника бьёт струя.

Теперь можно приступить к изготовлению настольного фонтана. Понадобятся пластмассовые кубики, тарелка тоже из пластмассы, трубки и опять же пустой стержень с наконечником. На третьем рисунке - схема того, что выйдет (только не показан каркас, на котором всё закреплено).

При начале действия вода находится в верхних кубиках. Вода из первого верхнего течёт во второй нижний. Обратите внимание, трубка обрезанным наискось концом упёрта в дно кубика. Воздух из него по следующей трубке поступает во второй верхний кубик. Также обратите внимание, что эта трубка проведена от «потолка» до «потолка». И так далее. Из последнего верхнего кубика бьёт фонтан в тарелку. Из неё вода течёт в первый нижний.

Если бы мы взяли только пару кубиков, то фонтан получился бы маленьким. А здесь - столб воды из тарелки вниз, потом из первого верхнего кубика вниз, потом из второго верхнего вниз. С каждым столбом давление возрастает, а с ним и высота струи. По сути, перед нами как бы водонапорная башня, которую разрезали на три части (как колбасу поперёк) и поставили их в ряд. Можно взять не три пары кубиков, а любое число пар.

По окончании действия вся вода оказывается в нижних кубиках. Переворачиваем установку. Перезарядка занимает секунды, так как воду сдерживал наконечник, а воздух через него выходит быстро.

Установка будет выглядеть красивее, и работать будет чётче, если кубики поставить на ребро, а ещё лучше на угол. Тогда настольный фонтан из кубиков будет иметь форму ромба. Тарелку можно обрезать в виде цветка, верхние кубики будут "листьями", нижние - "корнями". Для украшения можно посадить еще и бабочку!