ПРИМЕНЕНИЕ фонтана Герона в ЖИЗНИ. Фонтан Герона

ПРИМЕНЕНИЕ фонтана Герона в ЖИЗНИ. Фонтан Герона

Фонтан Герона  — придуманный Героном Александрийским прибор , служащий одним из образцов знаний древних (за 200 лет до н. э.) в области гидростатики и аэростатики .

Прибор состоит из трёх сосудов , помещённых прямо один над другим и сообщающихся между собой: два нижних закрытые, а верхний имеет форму открытой чаши . Средний сосуд практически полностью заполнен водой, также вода наливается в верхнюю чашу. Вода, по открытой трубке, доходящей фактически до дна, течет в нижний сосуд. Воздух в нижнем сосуде сжимается, повышая там давление . По трубке, идущей от верхней части нижнего сосуда практически до верхней части среднего сосуда, давление через воздух передается в средний сосуд. Повышение давления в среднем сосуде заставляет воду подниматься по трубке, проведённой почти от дна среднего сосуда в верхнюю чашу, где из конца этой трубки, возвышающейся над поверхностью воды, и бьёт фонтан.

Высота фонтана, в идеальных условиях, равна разнице уровней поверхности воды в среднем и нижнем сосудах. Но трение жидкости, движущейся в трубках, и другие причины уменьшают высоту фонтана. Вода из верхней чаши поступает в нижний сосуд, где уровень воды постепенно повышается, и потому высота давящего столба постепенно уменьшается; уровень воды в среднем сосуде также понижается. По этим двум причинам высота фонтана постепенно убывает и, наконец, движение воды прекращается. Фонтан Герона очень прост в изготовлении.

Столб воды в верхнем сосуде до её поверхности в нижнем, создает избыточное давление в нижнем сосуде. Сжатый воздух из нижнего сосуда передает полученное давление в средний сосуд, тем самым оказывая давление на воду. Далее вода поднимается в третий сосуд и вырывается фонтаном вверх.

СПб., 1890—1907.

Фонтан сообщающиеся сосуды. 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).

Фонтан Герона расчет. Новые героновы фонтаны

Обычная форма фонтана, приписываемого древнему механику Герону, вероятно, известна моим читателям, Напомню здесь его устройство, прежде чем перейти к описанию новейших видоизменений этого любопытного прибора. Геронов фонтан (см. рисунок) состоит из трех сосудов: верхнего открытого а и двух шарообразных b и с , герметически замкнутых. Сосуды соединены тремя трубками, расположение которых показано на рисунке. Когда в а есть немного воды, шар b наполнен водой, а шар с – воздухом, фонтан начинает действовать: вода переливается по трубке из а в с , вытесняя оттуда воздух в шар b ; под давлением поступающего воздуха вода из b устремляется по трубке вверх и бьет фонтаном над сосудом а . Когда же шар b опорожнится, фонтан перестает бить.

Старинный геронов фонтан.

Такова старинная форма геронова фонтана. Уже в наше время один школьный учитель в Италии, побуждаемый к изобретательности скудной обстановкой своего физического кабинета, упростил устройство геронова фонтана и придумал такие видоизменения его, которые каждый может устроить при помощи простейших средств (см. следующий рисунок). Вместо шаров он употребил аптечные склянки; вместо стеклянных или металлических трубок взял резиновые. Верхний сосуд не надо продырявливать: можно просто ввести в него концы трубок, как показано на рисунке вверху.

Современное видоизменение геронова фонтана. Вверху – вариант устройства тарелки.

В таком видоизменении прибор гораздо удобнее к употреблению: когда вся вода из банки b перельется через сосуд а в банку с , можно просто переставить банки b и с , и фонтан вновь действует; не надо забывать, разумеется, пересадить также наконечник на другую трубку.

Другое удобство видоизмененного фонтана состоит в том, что он дает возможность произвольно изменять расположение сосудов и изучать, как влияет расстояние уровней сосудов на высоту струи.

Если желаете во много раз увеличить высоту струи, вы можете достигнуть этого, заменив в нижних склянках описанного прибора воду ртутью, а воздух – водой:

Фонтан, действующий давлением pтyти. Струя бьет раз в десять выше разности уровней ртути.

Действие прибора понятно: ртуть, переливаясь из банки с в банку b , вытесняет из нее воду, заставляя ее бить фонтаном. Зная, что ртуть в 13,5 раза тяжелее воды, мы можем вычислить, на какую высоту должна подниматься при этом струя фонтана. Обозначим разницу уровней соответственно через h1, h2, h3. Теперь разберемся, под действием каких сил ртуть из сосуда с перетекает в b . Ртуть в соединительной трубке подвержена давлению с двух сторон. Справа на нее действует давление разности h2 ртутных столбов (которое равносильно давлению в 13,5 раза более высокого водяного столба, 13,5 h2) плюс давление водяного столба h1. Слева напирает водяной столб h3. В итого ртуть увлекается силой

13,5h2 + h1 – h3.

Но h3 – h1 = h2; заменяем поэтому h1 – h3 на минус h2 и получаем:

13,5h2 – h2 т. е. 12,5h2.

Итак, ртуть поступает в сосуд b под давлением веса водяного столба высотой 12,5 h2. Теоретически фонтан должен бить поэтому на высоту, равную разности ртутных уровней в склянках, умноженной на 12,5. Трение несколько понижает эту теоретическую высоту.

Тем не менее описанный прибор дает удобную возможность получить бьющую высоко вверх струю. Чтобы заставить, например, фонтан бить на высоту 10 м, достаточно поднять одну банку над другой примерно на один метр. Любопытно, что, как видно из нашего расчета, возвышение тарелки а над склянками с ртутью нисколько не влияет на высоту струи.

Как работает фонтан

Вода и ее источники всегда были притягательны для людей. Это касается не только природных источников воды, но и тех, которые созданы силами и умениями самого человека. Конечно же, речь о фонтанах.

В чем притягательность этих сооружений? В тех положительных эмоциях, которые способен вызывать этот безостановочный круговорот воды, такой манящий и волшебный. Устройство фонтана может быть различным, современные технологии позволяют создать проект фонтана, работающего фактически на пустом месте.

Устройство фонтана

Классическая схема устройства фонтана предполагает наличие двух обязательных элементов:

• чаши – ее назначение состоит в разделении водного потока по различным направлениям. Еще одна задача чаши – прятать под слоем воды разводку труб, оборудование для регулировки струй воды и элементы подсветки;
• насосной станции, расположенной в большинстве случаев в подземной части фонтана. Насосное оборудование представлено обычно двумя насосами – основным и резервным.

Есть еще система подпитки, позволяющая поддерживать необходимый для нормального функционирования фонтана уровень воды. Чаще всего данная система работает в автоматическом режиме при помощи электромагнитного клапана, подключенного к системе управления.

Открытие клапана происходит при подаче сигнала от измерителей-электродов о падении уровня воды до минимально допустимого. После достижения нормального уровня клапан автоматически закрывается.

Система слива фонтана предназначена для удаления воды в преддверии зимнего периода или для проведения очистки чаши.

В устройство фонтана может быть включена система подсветки, состоящая из:

• герметичных светильников, установленных в чаше;
• управляющей системы, состоящей из таймера, понижающих трансформаторов и другого оборудования, установленного в насосной станции.

Виды фонтанов

В зависимости от конструктивных особенностей фонтаны могут быть:

• статическими;
• цветодинамическими;
• скульптурными;
• музыкальными.

Резервуаром для обеспечения круговорота воды в фонтане может служить как естественный источник — река, озеро, пруд, так и совсем небольшая емкость, специально установленная и задекорированная в растениях или скульптурах.

Внешний вид фонтана определяет его функциональные особенности. Он может выполнять не только эстетическую функцию, но и являться источником декоративной подсветки, а также увлажнять и делать более прохладным летний жаркий воздух.