Учебно-исследовательский проект "Как работает модель фонтана?"


Муниципальное автономное образовательное учреждение средняя общеобразовательная
школа №2 п. Новоорск
Учебно-исследовательский проект
Как работает модель фонтана?
Автор работы:
Карабаев Роман Рустамович,
ученик 5б класса.
Руководитель:
Козина Елена Сергеевна,
учитель математики и физики
первой квалификационной категории.
п. Новоорск, 2017
Содержание
Введение
3-4
1. Теоретическая часть
5-10
1.1. Что такое фонтан?
5
1.2. «Немного истории»
5-7
1.3. Основные виды фонтанов.
7-9
1.4. Модель устройства фонтана.
9-10
2. Практическая часть
11-12
2.1. Как сделать модель фонтана
11-12
2.2. Описание хода эксперимента
12
3. Заключение
13
4. Литература
14
Приложения.
15-25
3
Введение
Вода в жизни человека всегда играла огромную роль. Люди старались
поселиться возле водоёмов. Однако с появлением городов естественная
среда обитания начала меняться. Сегодня большая часть населения страны
проживает в городах или в поселках городского типа, для которых
характерна замена естественного ландшафта на искусственный. А это
негативно сказывается на психофизическом состоянии человека. Данная
ситуация делает актуальным вопрос о том, что окружающая человека среда
должна быть максимально приближена к показателям природной среды.
Этому может способствовать наличие больших и малых озелененных
территорий (парков, садов, скверов), естественные и искусственные водоемы
- озера, пруды, бассейны и фонтаны.
Учитывая все эти факторы, можно говорить об актуальности
выбранной тематики представленной учебно-исследовательской работы.
Я очень люблю, читать энциклопедии, смотреть научно-
познавательные телепередачи. Посмотрев в этом году передачу о фонтанах,
задумался, почему в нашем поселке нет ни одного фонтана, стало интересно:
«Как работает модель фонтана?», «Можно ли её сделать в домашних
условиях?».
Это стало темой нашего исследования «Как работает модель фонтана
Цель исследования: узнать, как работает модель фонтана
Объект исследования: фонтан.
Предмет исследования: процесс создания и использования фонтана
домашних условиях.
Мы выдвинули гипотезу:
Высота струи фонтана зависит от давления, чем больше давление в
сосудах, тем выше столб фонтана.
4
В соответствии с поставленной целью и гипотезой исследования
определены следующие задачи:
-изучить историю создания фонтанов;
-разобраться в устройстве и принципах действия фонтанов;
-создать модель фонтана;
-провести эксперимент.
Методы исследования:
-изучение научной литературы и интернет-источников;
-эксперимент;
-наблюдение;
-анализ и обобщение.
Практическая значимость работы: результаты исследования могут
использоваться на уроках истории, физики, при украшении приусадебных
участкови парков нашего поселка.
5
Глава 1
1.1 Что такое фонтан?
Фонтан - (итал. fontana, от лат. fons, fontis источник, ключ)
сооружение, служащее основанием или обрамлением для бьющих вверх или
стекающих вниз струй воды. Струи фонтанов падают с различной высоты,
имеют разный наклон, длину, диаметр и взаиморасположение. Все это
позволяет создавать разнообразные водные объемы в виде солнца, пирамид,
шаров и тому подобных фигур.
1.2. «Немного истории»
История человечества неразрывно связана с фонтанами. Первые сады с
фонтанами и бассейнами появились в 3-2 тысячелетии до н. э. в Древнем
Египте и Месопотамии. Однако они не были предметом роскоши или
украшения быта. Жители Месопотамии оборудовали садовые фонтаны и
использовали их в качестве ирригационных систем. Орошаемые ими сады,
расположенные в сухих высокогорных районах, славились своими
тенистыми аллеями и сочными плодами. (См. приложение 1)
Египтяне придавали фонтанам практическую значимость. Они черпали
из них воду для своих садов, устраиваемых прямо внутри жилищ,
обнесенных стенами, в них росли не только фруктовые деревья, но и
декоративные.
Во 2 -1 тысячелетии до н.э. фонтаны украшали дворцовые парки
Древнего Китая. В 4 веке н.э. сады с водными потоками, каскадами и
фонтанами появились в Персии. Сад был поделен на 4 части одна
отводилась под деревья, на другой благоухали яркие цветы, на третьей
звучала музыка, а на четвертой располагались фонтаны, служившие, в
первую очередь, водными резервуарами для орошения.
В античной Греции и Древнем Риме улучшению городской среды
способствовали священные рощи с источником воды, часто оформленными
6
в виде одноструйных фонтанов, городские сады и жилые дома с внутренними
двориками, снабженными фонтанами и бассейнами. Римляне из
обожженной глины 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. В Древнем Риме впервые стали применять в устройстве фонтанов
насосы. (См. приложение 2)
В Средние века именно фонтаны были центром монастырских садов.
Считалось, что они содействовали эффективности молитв, способствовали
уединению и размышлениям о боге. Также использовались как источники
водоснабжения – для полива и питья.
В Новое время устройство фонтанов на городских площадях, в парках
и в загородных дворцовых комплексах получило широкое распространение в
Европе: Испании, Италии, Франции, Германии.
В России фонтаны появились в эпоху Петра 1 в 1709 году. В Летнем
саду Санкт-Петербурга был устроен первый российский фонтан. Затем
последовало строительство великолепных дворцово парковых ансамблей в
окрестностях столицы — в Царском Селе, Петергофе и других.
При их строительстве старались сохранить природный ландшафт,
вплоть до отдельных деревьев, использовали природные озера и речки,
устраивали каскады и фонтаны.
Петергоф это грандиозный музей фонтанного искусства 18-19 веков.
Здесь 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.
7
(См. приложение 3)
В настоящее время фонтаны являются одним из важнейших
элементов улучшения сенсорной среды современных городов.
1.3. Основные виды фонтанов.
Как и любые другие сложные инженерные системы, фонтаны имеют
четкое деление на несколько основных видов.
1По внешнему виду фонтаны подразделяются наземные фонтаны и
подземные. (См. приложение 4)
5. Наземный фонтан (фонтан с чашей) гидротехническое сооружение,
состоящее из основного резервуара, заполненного отфильтрованной
водой, а также системы водонесущих труб, насосов, форсунок,
фильтров и другого оборудования, задействованного в создании
водных форм. При необходимости наземный фонтан может быть
укомплектован подсветкой и системой музыкального сопровождения.
Это самый распространенный, классический вид фонтана.
1.2.Подземный (сухой, плоскостной, пешеходный) фонтан наиболее
современный вид городских фонтанов, особенностью которого является
отсутствие привычного резервуара для хранения воды. Впрочем, это не
означает, что так называемая чаша отсутствует вовсе. Она попросту скрыта
от глаз и находится ниже уровня земли. Чаша плоскостного фонтана
устроена совсем не так, как резервуар наземного фонтана. Она состоит из
серии сообщающихся каналов различной глубины, диаметра и
протяженности. Инженерные коммуникации закрыты декоративным
решетчатым настилом, создающим неповторимый общий вид фонтанного
комплекса. Возможен также вариант, при котором подземная чаша фонтана
может быть перекрыта гранитными плитами, опирающимися на
металлические или бетонные опоры. Специальные встраиваемые фонтанные
8
насадки монтируются в гранитную плиту, максимально перекрывая
технологическое отверстие в ней.
Подземный фонтан обладает следующими преимуществами:
-не требует серьезной консервации на зиму, при которой оборудование
демонтируется или закрывается щитами;
- осадки не скапливаются в чаше плоскостного фонтана, а стекают по
системе дренажных каналов и откачиваются.
Подземный фонтан также может быть светомузыкальным.
2) По разновидности динамики водной картины фонтаны условно можно
разделить на следующие категории: ( См. приложение 5)
- статические фонтаны водные формы не меняются, и воссоздается одна и
та же водная картина;
- динамические фонтаны – последовательная смена водных картин из заранее
запрограммированного набора;
-светодинамические (цветодинамические) фонтаны водные формы и
цветовое разнообразие подсветки меняются по разработанной программе в
определенной последовательности;
- светомузыкальные (поющие, танцующие) фонтаны водные формы и
цветовое разнообразие подсветки меняются в такт музыкальному
сопровождению из запрограммированного набора мелодий.
Фонтаны отличаются по напору и объему вытекаемой воды,
направлению, форме струи или потока, что обеспечивается применением
различных насадок. С учетом этих характеристик можно определить
следующие классификации:
9
4) По направлению потока: фонтанные струи выбрасываемые вверх,
ниспадающие и плавно вытекающие.
5) По объему выброса воды: направленные или разбрызгивающиеся струи.
6) По типу выброса: ярусные (разная высота струй) и каскадные (изменение
направления во время падения вниз, ступеньки).
7)По форме выброса воды: кольцо, колокол, купол, расширяющиеся
кверху, полукруг, в линию (стена), круг (тюльпан).
8)По количеству струй: одиночные и многочисленные.
1.4. Модель устройства фонтана.
Сосуды, имеющие между собой сообщение или общее дно, принято
называть сообщающимися. Во всех сообщающихся сосудах вода стоит на
одном уровне. Если наливать жидкость в один из них, жидкость перетечет по
трубкам в остальные сосуды и установится во всех сосудах на одном уровне.
Объяснение заключается в следующем. Давление на свободных поверхностях
жидкости в сосудах одно и то же; оно равно атмосферному давлению. Таким
образом, все свободные поверхности принадлежат одной и той же
поверхности уровня и, следовательно, должны находиться в одной
горизонтальной плоскости.
Чайник и его носик представляют собой сообщающиеся сосуды: вода
стоит в них на одном уровне. Значит, носик чайника должен доходить до той
же высоты, что и верхняя кромка сосуда, иначе чайник нельзя будет налить
доверху. Когда мы наклоняем чайник, уровень воды остается прежним, а
носик опускается; когда он опустится до уровня воды, вода начнет
выливаться.Если же жидкость в сообщающихся сосудах находится на разных
уровнях (это можно достичь, если поставить между сообщающимися
сосудами перегородку или зажим и долить жидкость в один из сосудов), то
создается так называемый напор жидкости.
10
Напор – это давление, которое производит вес столба жидкости
высотой, равной разности уровню. Под действием этого давления жидкость,
если убрать зажим или перегородку, будет перетекать в тот сосуд, где ее
уровень ниже, до тех пор, пока уровни не сравняются.
Совсем другой результат получается, если в разных коленах сообщающихся
сосудов налиты неоднородные жидкости, т. Е. их плотности разные,
например вода и ртуть. Более низкий столб ртути уравновешивает более
высокий столб воды. Учитывая, что условием равновесия является равенство
давлений слева и справа, получим, что высота столбов жидкости в
сообщающихся сосудах обратно пропорциональна их плотностям.В жизни
они встречаются довольно часто: различные кофейники, лейки, водомерные
стекла на паровых котлах, шлюзы, водопровод, коленом согнутая труба всё
это примеры сообщающихся сосудов.
Принцип действия сообщающихся сосудов лежит в основе работы
фонтанов.
11
2. Практическая часть
2.1. Как сделать модель фонтана.
Чтобы проверить нашу гипотезу, мы решили создать модель фонтана в
домашних условиях.
Нам потребовалось:
три диска;
две маленьких игрушки;
небольшой пластмассовый футляр;
стержень ручки;
пластмассовая чаша;
небольшие пластмассовые крышки;
три пластмассовых баночки;
небольшая пластмассовая бутылка;
капельная система;
клей;
шуроповерт;
сверла;
игла;
этиловый спирт;
ватные диски.
Ход сбора модели (См. приложение 6)
1. Мы просверлили отверстие в центре пластмассовой чаши, крышки,
футляра, в игрушках диаметром стержня ручки.
2. Соединили диски при помощи клея, вставив между 1 большим
диском и вторым небольшой футляр, между вторым и третьим
игрушку (шар-попрыгун).
3. На третий диск установили игрушку (корабль).
12
4. Закрепили чашу при помощи клея на трех опорах (баночках),
предварительно обработав места соединения этиловым спиртом.
5. Из стержня ручки извлекли шарик с помощью иглы, укоротили его на
3 сантиметра.
6. В основании чаши вставили резиновый уплотнитель, который
соединяет капельницу и стержень.
7. Конструкцию из дисков приклеили к трём крышкам, а их приклеили
ко дну чаши.
8. Вставили трубку от капельницы нужной длины в крышку небольшой
пластмассовой бутылки, предварительно сделав в ней отверстие.
9. Второй конец трубки капельницы соединили с резиновым
уплотнителем.
10. Вставили стержень в конструкцию из дисков, соединив его с
резиновым уплотнителем.
2.2. Описание хода эксперимента
Мы налили воду в бутылку. Стали её поднимать. Чем выше
поднимаешь бутыль, тем сильнее струя фонтана. (См. приложение 7)
13
Заключение.
В результате работы по теме: «Как работает модель фонтана?» мы
изучили информацию из разных источников и пришли к выводу, что данная
тема очень интересная и можно продолжить её дальнейшее изучение. Ведь
фонтаны сегодня необходимы для улучшенияокружающей человека среды.
Нам удалось собрать модель фонтана. В ходе эксперимента наша
гипотеза подтвердилась: высота струи фонтана зависит от давления, чем
больше давление в сосудах, тем выше столб фонтана.Данную модель можно
использовать в домашних условиях.
Она не требует затрат на электроэнергию; материалы доступны;
несложная технология изготовления (сборки);относительно невысокая
стоимость. С помощью такого устройства можно украсить приусадебный
участок.
14
Список литературы:
1. Атлас по технике. М.: ОЛМА-ПРЕСС Экслибрис, 2003.–96 с.
(иллюстрированный энциклопедический атлас).
2 Бублейников Ф.Д., Веселовский И.Н. «Физика и опыт» / М. Просвещение,
1970г, 272 с.
2. Глобус: Географический научно-художественный сборник/Сост. Л.
Алешина; Л.: Дет. Лит., 1990.-384 с.
3Перельман Я.И. «Занимательная физика» /ТРИАДА-ЛИТЕРА Москва, 1994
год.
4. Школьная энциклопедия. Естественные науки/ Пер. с англ. Лисецкой В.В.
и др. – М.: ООО «Издательство «Росмэн-Пресс», 2001.– 448 с.
5.Энциклопедия «Планета Земля»./ Москва Росмэн, 2012 – 139с.
6http://www.1000fontan.ru/catalog-fontan/shema/work/
7http://www.fontan.net