Исследовательская работа "Мир фантанов"

Разделы: Физика

Класс: 7

Ключевые слова: исследовательская деятельность, фонтаны

Витченко Екатерина,
ученица 7 класса

Руководитель:
Казарцева Анна Викторовна,
учитель математики и физики

Введение

Актуальность

Волнующее море, тихое глубокое горное озеро, ручей - все это излюбленные места отдыха многих людей. Водопады, фонтаны, водоемы обладают завораживающим эффектом. К сожалению, мы не всегда можем позволить себе отправиться на берег ручья или горного водопада, поэтому любую возможность воссоединения с природой необходимо воплощать.

Недавно я изучила тему «Сообщающиеся сосуды», и возникла идея, которую я решила воплотить в реальность, создав свой собственный фонтан. История возникновения и создания фонтанов началась еще в Древней Греции, и продолжается по сей день. Фонтаны повсеместно встречаются в нашей жизни, они украшают площади, улицы, парки, внутренние и внешние помещения зданий. Тема моего исследовательского проекта «Мир фонтанов». Созданную нами в ходе выполнения проекта модель можно будет использовать в кабинете физики для демонстрации работы фонтана.

Цель: создать и исследовать модель фонтана для демонстрации применения закона сообщающихся сосудов.

Задачи:

  • изучить историю возникновения фонтанов
  • рассмотреть назначение и виды фонтанов;
  • изучить физические основы работы фонтана;
  • сконструировать фонтан своими руками;
  • исследовать зависимость высоты струи от уровня воды и положения резервуара.

Объект исследования: фонтан.

Предмет исследования: зависимость высоты струи от уровня воды и положения резервуара.

Гипотеза: высота струи воды зависит от уровня воды и положения резервуара.

Методы исследования: Поисковый (сборы информации по теме), систематизация, анализ информационных ресурсов, практическая работа (изучение зависимости высоты струи от положения резервуара), ИКТ (создание презентации).

Глава 1. Теоретическая часть

1.1. История возникновения 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.

Почти вся история человечества связана с фонтанами. На заре цивилизации они не были предметом роскоши или украшения быта. Например, жители Месопотамии оборудовали садовые фонтаны и использовали их в качестве ирригационных систем. Особой славой овеяны и фонтаны Древнего Египта. Документально это подтверждено надгробной живописью. Египтяне придавали фонтанам как практическую, так и декоративную значимость. Очень популярны были садовые фонтаны в древней Персии IV тыс. до н.э., давшие пищу для творчества мастеров ковроткачества. Как персидские сады – подобие рая на Земле, так и непревзойденные персидские ковры призваны были воссоздавать 4 сущности – воду, растения, цветы и музыку.

Персидским садам и фонтанам исторически суждено было оказать заметное влияние на европейскую архитектуру. Солдаты Рима, принимавшие участие в восточных походах, по-видимому, так ярко живописали устройство персидских садов и фонтанов, что некое их подобие вскоре появилось и в Древнем Риме. Римляне хорошо поработали над их усовершенствованием. Из обожженной глины они изготавливали трубы, внутреннюю поверхность фонтанных чаш выкладывали плиткой, а струи уже не просто так взмывали и ниспадали, но били из пасти экзотических животных или фантастических рыб. Кстати, римляне первыми начали применять в устройстве фонтанов насосы.

В период Эпохи Возрождения фонтаны в Европе украшают собою архитектурные ансамбли. Мало того, нередко на них делается основной упор, они становятся ключевой деталью. Главенствует римский стиль. Истинной законодательницей моды в архитектуре и, в частности, в искусстве создания так называемых регулярных парков (т.е. симметричных, имеющих геометрически правильные планы) с целыми фонтанными системами, стала Франция. Классический пример – Версаль XVII в. Фонтаны Версаля возникли в одно время с городом. Их строили, вооружившись последними научными достижениями того времени, одновременно обеспечивая изящество исполнения. Именно версальские фонтаны подвигли Петра I на замысел Петергофа:

Забил Петродворец из всех своих фонтанов.
Воды хоть отбавляй у золотых титанов.
Им заменяют мысль, слова и поцелуи
Летящие из уст сверкающие струи.

Надо признать, что фонтаны Петергофа в чем-то превзошли свой французский прототип. В них представлено множество одно- и многоструйных фонтанов, солирующих, парных, сгруппированных в ряды, фонтанов в виде водяных колоколов и столпов. Рисунки струй не повторяются, это веера, букеты, завесы и т.д. Различны Петергофские фонтаны и по звучанию – от чуть слышимого шелеста до оглушительного торжествующего гула.

1.2 Фонтаны нашего времени

Современные фонтаны многолики: одни, словно отдавая дань веку техники и машин, вобрали в себя сложность инженерии и конструктивизма, другие, напротив, – стремятся к естественности, дикой природе.

  • Самый знаменитый фонтан в Риме - фонтан Треви. Он завершает собой акведук Аква Вирго, построенный еще до рождества Христова. Центральная фигура фонтанной композиции – Нептун, бог моря у древних римлян. Он управляет колесницей в форме морской раковины, в которую запряжены морские коньки.
  • Фонтаны, построенные в Италии, знамениты на весь мир, в том числе и благодаря своей древности. «Фонтан Дракона», расположенный в «вилле д"Эсте», к примеру, был построен в 1572-м году. Парки и фонтаны Тиволи являются прародителями для многих фонтанов по всему свету, но и сейчас остаются одними из красивейших на всей планете.
  • О фонтанах Санкт-Петербурга можно говорить бесконечно, без них сложно представить северную столицу. Центральное место в композиции большого каскада занимает знаменитый фонтан Самсон, раздирающий пасть льву. День святого Самсона, победившего льва совпал с разгромом шведов под Полтавой 27 июня 1709 года Большой каскад составляют 64 фонтана, 255 скульптур, барельефов, маскаронов и других декоративных архитектурных деталей, что позволяет считать это фонтанное сооружение одним из самых крупных в мире.
  • Высокий Женевский фонтан стал символом города довольно быстро. Его высота 140 метров, а скорость выброса воды составляет 200 км/ч. Изначально фонтан располагался выше по реке Роны и был мало известен, но стоило властям города перенести его поближе к центру города и сделать из него туристический аттракцион, и теперь без этого фонтана Женеву представить невозможно.
  • Фонтан Дубай — музыкальный фонтан, расположенный рядом с небоскрёбом Бурдж-Халифа. Это один из самых больших и высоких фонтанов в мире. Высота его струй достигает 150 метров, примерно высоты 50-го этажа. И тем не менее, это всего лишь одна пятая высоты небоскрёба. Фонтан подсвечен 50 цветными прожекторами и 6000 источниками освещения.
  • Один из самых знаменитых фонтанов Америки расположен в Лас Вегасе – это фонтан «Bellagio», который дает представления каждый вечер. Именно так – на шоу, которое дает этот фонтан на берегу большого искусственного озера, съезжаются туристы со всего мира. Фонтан «танцует» под музыку известных певцов.

1.3. Назначение и виды фонтанов

В знойную погоду фонтан освежает воздух и создаёт положительный психологический эффект, он очищает воздух от пыли, способствуя облегчению дыхания.

Защищает от постороннего шума, так как звуки журчащей воды приятно заглушают посторонние раздражающие звуки. Фонтан способен качественно увлажнять воздух, что хорошо сказывается на здоровье.

Естественно, фонтан – это развлечение: изменяющиеся фонтанные композиции способны развлекать человека (особенно цветомузыкальными водными шоу). Фонтаны являются превосходной забавой как для детей, так и для взрослых. И, наконец, фонтаны будучи частью ландшафтного или архитектурного дизайна служат средством привлечения внимания.
Существует несколько видов фонтанов:

  • Естественные (естественно образовавшиеся фонтаны, называющиеся гейзерами).
  • Техногенные (батареи из множества водяных фонтанов горячей воды используются для её охлаждения на тепловых электростанциях)
  • Искусственные (фонтанирующая нефтяная скважина).
  • Декоративные (специфическое гидротехническое сооружение, как правило, выполняющее декоративную функцию).

В нашем городе тоже действует декоративные фонтаны, которые находится на бульваре Гагарина «Каменный цветок», на площади у Ледового дворца «Подмосковья» «Каскадный», на площади у бассейна «Дельфин», в микрорайонах: Красный строитель, Цемгигант, Лапатинский.

Глава 2. Практическая часть

2.1 Зависимость высоты струи от уровня воды в резервуаре относительно расположения бассейна фонтана

Сосуд с водой находится на одной и той же высоте H, диаметр пластиковой трубочки d один и тот же, d1 стеклянного наконечника постоянен.

H = 81cм – высота дна резервуара; высота воды в сосуде H2= 17 см;
d = 4мм – внутренний диаметр пластиковой трубочки;
d1= 1,1мм – внутренний диаметр стеклянного наконечника

Таблица 1.
Результаты зависимости высоты струи от уровня воды в резервуаре

№ опыта

H1, см

h, см

1

81+17=98

43

2

95,5

42,5

3

93

42

4

90,5

41

5

89

40

6

86,5

39

Диаграмма зависимости высоты струи от уровня воды в резервуаре

Вывод: чем выше уровень воды в водяном хранилище (резервуар с водой), тем выше бьёт струя фонтана.

2.2. Зависимость высоты струи от высоты, на которой расположен резервуар с водой

В сосуде один и тот же уровень воды H2, диаметр пластиковой трубочки d один и тот же, d1 стеклянного наконечника постоянен.
H2 = 17cм – высота воды в резервуаре;
d = 4мм – внутренний диаметр пластиковой трубочки;
d1= 1,1мм – внутренний диаметр стеклянного наконечника

Таблица 2.
Результаты зависимости высоты струи от высоты, на которой расположен резервуар с водой

№ опыта

H, см

h, см

1

81+17=98

43

2

70+17=87

38

3

60+17=77

31

4

50+17=67

24

Диаграмма зависимости высоты струи от высоты, на которой расположен резервуар

Вывод: чем выше расположено водяное хранилище (резервуар с водой), тем выше бьёт струя фонтана.

2.3 Зависимость высоты струи от диаметра отверстия наконечника

Сосуд с водой находится на одной и той же высоте H, диаметр пластиковой трубочки d один и тот же, в сосуде один и тот же уровень воды H1.

H = 81cм – высота дна резервуара; высота воды в сосуде – 17 см; H1 = 98cм

d = 4мм – внутренний диаметр пластиковой трубочки.

Таблица 3.
Результаты зависимости высоты струи от диаметра отверстия наконечника

№ опыта

d1, мм

h, см

1

1,1

43

2

2

5

Диаграмма зависимости высоты струи от диаметра отверстия наконечника

Вывод: чем меньше диаметр выходного отверстия трубочки, тем выше бьёт струя фонтана.

2.4. Изготовление декоративного фонтана

Исследовав, от чего зависит высота струи, я стала подбирать детали для создания своего фонтана:

  1. зауженная с одного конца трубочка
  2. длинная пластиковая трубочка резервуар для жидкости;
  3. подставка под резервуар;
  4. бассейн для фонтана;
  5. основа под всю конструкциию;
  6. украшения – камушки, ракушки, искусственные цветы
  7. клей; пластилин.

На подставку установила платформу. На одном из углов платформы укрепила банку- подставку для резервуара с водой. В платформе, подставках, в резервуаре, в бассейне просверлила отверстия. В дне резервуара - отверстие, в которое плотно вставила пластиковую трубку, второй конец трубки подвела к бассейну фонтана, в отверстие которого вставлена, опять же плотно, стеклянная трубочка с зауженным кончиком. Все щели тщательно замазала.

Если теперь в резервуар налить воды, то вода потечет по трубкам и в бассейне забьет фонтан.

Когда фонтан заработал, занялась его оформлением.

Созданная модель была испробована с использованием воды, окрашенной пищевым красителем. Результат проверки показал, что модель работает исправно.

Заключение

Во время работы над проектом я узнала об истории развития фонтанов, рассмотрела некоторые наиболее известные фонтаны современности, классифицировала фонтаны по видам, описала их назначение. В ходе выполнения проекта я самостоятельно добывала и применяла знания, училась планировать свои действия, узнала о практическом применении сообщающихся сосудов, тренировалась производить измерения и записывать их результат.

Самостоятельно я провела ряд экспериментов, в результате которых подтвердилась моя гипотеза, что опытным путем, возможно, проверить зависимость высоты струи от уровня воды и положения резервуара.

Цель проекта достигнута, мной был создан и исследован фонтан, работающий по принципу сообщающихся сосудов. Результатом проекта служит созданная модель фонтана, которая позволяет продемонстрировать, как применяется принцип работы сообщающихся сосудов на примере модели фонтана.

Практическая значимость исследовательской работы заключается в том, что созданная мной модель может применяться для демонстрации фонтана на уроках физики в 7-х классах общеобразовательной школы.

Список литературы

  1. Десять самых красивых фонтанов мира [Электронный ресурс]. URL: https://butzananna.wordpress.com/
  2. Интернет-урок. Сообщающиеся сосуды. [Электронный ресурс]. URL: http://interneturok.ru/ru/school/physics/7-klass/bdavlenie-tverdyh-tel-zhidkostej-i-gazovb/soobschayuschiesya-sosudy
  3. История фонтанов [Электронный ресурс]. URL: http://www.mako.ru/?show_aux_page=361
  4. Трубчевск. Информационный портал [Электронный ресурс]. URL: http://trubchevsk.pro/index.php?option=com_phocagallery&view=category&id=37:-xx-&Itemid=5
  5. Фонтан. Сообщающиеся сосуды. Схема. [Электронный ресурс]. URL: http://vauto.pp.ua/?p=176
  6. Фонтаны: фото самых красивых фонтанов в мире [Электронный ресурс]. URL: http://romantic-online.com/blog/8/332.html
  7. Фонтис или немного истории [Электронный ресурс]. URL: http://www.kovchegcompany.com/products/fountain/founta