Презентация на тему "Водная феерия: фонтаны". Исследовательская работа «Зависимость высоты струи фонтана от физических параметров Презентация на тему фонтан герона

02.07.2020

Герон Александрийский Автор работ, в которых систематически изложил основы достижения античного мира в области прикладной механики. В "Пневматике" Герон описал различные механизмы, приводимые в движение нагретым или сжатым воздухом или паром: т. н. эолипил, т. е. шар, вращающийся под действием пара, автомат для открывания дверей, пожарный насос, различные сифоны, водяной орган, механический театр марионеток и т. д. В "Механике" Герон описал 5 простейших машин: рычаг, ворот, клин, винт и блок. Герону был известен и параллелограмм сил.

Создал автомат для продажи "священной" воды, который явился прообразом наших автоматов для отпуска жидкостей.

Фонтан Герона состоит из трех сосудов, помещенных один над другим и сообщающихся между собой. Два нижние сосуда закрыты, а верхний имеет форму открытой чаши, в которую наливается вода. Также вода наливается и в средний сосуд, позже закрываемый. По трубке, идущей от дна чаши почти до дна нижнего сосуда, вода течет из чаши вниз и, сжимая находящийся там воздух, увеличивает его упругость. Нижний сосуд сообщен со средним посредством трубки, по которой давление воздуха передается в средний сосуд. Производя давление на воду, воздух заставляет ее подниматься из среднего сосуда по трубке в верхнюю чашу, где из конца этой трубки, возвышающейся над поверхностью воды, и бьет фонтан. Вода фонтана, падающая в чашу, течет из нее по трубке в нижний сосуд, где уровень воды постепенно повышается, а уровень воды в среднем сосуде понижается. Вскоре фонтан перестает работать. Чтобы запустить его заново, надо просто поменять местами нижний и средний сосуды. Чудесные изобретения Герона. Фонтан Герона.

Наиболее распространенным способом освещения в античное время было освещение при помощи масляных ламп, в которых горел пропитанный маслом фитиль. Фитиль представлял собой кусок тряпки и выгорал довольно быстро, выгорало и масло. Одним из основных недостатков таких ламп была необходимость следить за тем, чтобы над поверхностью масла, уровень которого постоянно снижался, постоянно находилось достаточно фитиля для горения. Если при наличии одной лампы следить за ней было легко, то при наличии нескольких ламп уже возникала потребность в слуге, который бы регулярно ходил по комнате и поправлял фитили в лампах. Герон изобрел автоматическую масляную лампу. Масляная лампа Герона.

Самоходный шкаф. Впервые в истории Героном были разработан самоходный механизм. Механизм представлял собой деревянный шкаф установленный на четырех колесах. Внутреннее устройство шкафа скрывалось за дверцами. Секрет передвижения был прост: внутри шкафа медленно опускалась подвешенная плита, приводившая при помощи канатов и валов в движение всю конструкцию. В качестве регулятора скорости использовался запас песка, который постепенно пересыпался из верхней части шкафа в нижнюю. Скорость опускания плиты регулировалась скоростью пересыпания песка, которая зависела от того насколько широко раскрыты створки, отделявшие верхнюю часть шкафа от нижней.

Автоматический театр. Большинство чертежей механических кукол Герона не сохранились, но в различных источниках есть их описания. Известно, что Герон создал своеобразный кукольный театр, который передвигался на скрытых от зрителей колёсах и представлял собой небольшое архитектурное сооружение – четыре колонны с общим цоколем и архитравом. Куклы на его сцене, приводимые в движение сложной системой шнуров и зубчатых передач, тоже скрытых от глаз публики, воспроизводили церемонию празднества в честь Диониса. Как только такой театр выезжал на городскую площадь, на его сцене над фигурой Диониса вспыхивал огонь, на пантеру, лежащую у ног божества, лилось вино из чаши, а свита начинала танцевать под музыку. Затем музыка и танцы прекращались, Дионис выворачивался в другую сторону, пламя вспыхивало во втором жертвеннике – и всё действие повторялось сначала. После такого представления куклы останавливались, и представление заканчивалось. Это действо неизменно вызывало интерес у всех жителей, без различия в возрасте. Но не меньший успех снискали уличные спектакли другого кукольного театра Герона. Этот театр (пинака) был очень мал по своим размерам, его легко переносили с места на место, Он представлял собой небольшую колонну, наверху которой находился макет театральной сцены, скрытой за дверцами. Они открывались и закрывались пять раз, разделяя на акты драму о печальном возвращении победителей Трои. На крошечной сцене с исключительным мастерством показывалось, как воины сооружали и спускали на воду парусные корабли, плыли на них по бурному морю и погибали в пучине под сверкание молний и раскаты грома. Для имитации грома Герон создал специальное устройство, в котором из ящика высыпались шарики, ударявшиеся о доску.

Насос Герона Насос Герона. Насос представлял собой два сообщенных поршневых цилиндра, оборудованных клапанами, из которых поочередно вытеснялась вода. Насос приводился в действие мускульной силой двух человек, которые по очереди нажимали на плечи рычага. Известно, что насосы такого типа впоследствии использовались римлянами для тушения пожаров и отличались высоким качеством изготовления и удивительно точной подгонкой всех деталей. Подобные им насосы вплоть до открытия электричества часто использовались, как и для тушения пожаров, так и во флоте для откачки воды из трюмов при аварии. Как мы видим, Героном было разработано три очень интересных изобретения: эолипил, поршневой насос и бойлер. Скомпоновав их можно было получить паровую машину. Такая задача, наверняка, была под силу если не самому Герону, то его последователям. Люди уже тогда умели создавать герметичные емкости, и, как видно из примера с поршневым насосом, достигли значительных успехов при изготовлении механизмов, требующих высокой точности изготовления. Паровая машина, конечно, не реактивный двигатель, для создания которого знаний античных ученых явно недоставало, но и она бы существенно ускорила развитие человечества.

«Водная среда» - Воду ищите там, где растет рогоз. Обитатели водной среды. Тема урока: Водная среда. Вопросы для повторения: Камыш озерный. Сравнение условий жизни в разных средах. Рогоз узколистный. Сегодня мы узнаем:

«Биогеоценоз пруда» - Налим. Биоценоз пресного водоема. Птицы, живущие на поверхности. Биогеоценоз пруда. Гетеротрофные организмы. Виды, живущие на поверхности. Населенность водоема. Солнечный свет. Биотические факторы. Автотрофные организмы.

«Растительные сообщества» - Клементс мечтал превратить экологию в настоящую науку. Александр Николаевич Формозов (1899 – 1973). С «новой ботаникой» в принципе могла бы хорошо сочетается экологическая география растений… В 1933 г. Браун-Бланке публикует «Prodrome des Groupements Vegetaux» (Продромус). Весь упор делается на флористический подход к экологическим по сути задачам.

«Абиотические факторы» - Растения: засухоустойчивые – влаголюбивые и водные Животные: водные – воды достаточно в пище. Имеются адаптации. Температура. Абиотические факторы среды. Влажность. Теплокровные организмы (птицы и млекопитающие). Холоднокровные организмы (беспозвоночные и многие позвоночные). Оптимальные температурный режим для организмов от 15 до 30 градусов Однако, ….

«Сообщества воды» - Как удержаться на поверхности воды? Вытянутое, обтекаемое тело. Сообщество толщи воды. Летучая рыба. Плоское, как плот, тело. Имеют выросты, щетинки. «Матросы». Весь мировой океан – единая экологическая система. В океане: Сообщество поверхности воды. Мышцы. Португальский кораблик и парусник. Глубоководное сообщество.

«Окружающая среда биология» - Аэробионты. Количество О2 Количество Н2О Колебания t Освещенность Плотность. Поместите в соответствующую среду обитания животных или растения из предложенного списка. Изучение различных сред обитания организмов. Эрнст Геккель. Стенобионты. Организменная среда. Наземно-воздушная среда. условие среды обитания, оказывающее воздействие на организм.

Выполнили ученики 7 классов

Мокаев Алим, Туменов Амиран, Бозиев Ислам, Оракова Маргарита

Цель: рассмотреть действие закона сообщающихся сосудов на примере работы циркуляционных фонтанов.

Задачи:

1. Изучить материал о фонтанах: их видах и принципах действия.

2. Сконструировать макет циркуляционного фонтана

3. Создать копилку фонтанов города Нальчика.

4. Проанализировать полученную информацию и сделать выводы об устройстве и принципе работы фонтанов.

Методы:

Изучение литературных и других информационных источников, проведение экспериментов, анализ информации и результатов.

Актуальность проблемы

Действие воды на человека можно назвать поистине магическим. Журчание фонтана снимает стресс, успокаивает и заставляет забыть о тревогах.

Теперь идеи искусства получили новое воплощение – соединив в себе задумки архитекторов, художников и специалистов высокотехнических областей .

Устройство фонтана основано на принципе сообщающихся сосудов известного нам из физики: В сообщающихся сосудах любой формы и сечения поверхности однородной жидкости устанавливаются на одном уровне .

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.

Циркуляционный 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. Фонтаны, основанные на принципе циркуляции, не требуют подачи к ним воды. Достаточно залить воду один раз, а затем уже доливать по мере ее испарения.

Естественные фонтаны

гейзеры, родники и

артезианские воды

Искусственные фонтаны:

уличные, ландшафтные, интерьерные

Фонтан в СПА-отеле

« Синдика»

Фонтан перед Государственным киноконцертным залом

Фонтан у кинотеатра

«Восток»

Фонтан на проспекте Шогенцукова

Фонтан на площади 400-летия воссоединения с Россией

10 самых удивительных фонтанов мира

Фонтан «Лунная радуга» (Сеул) - самый длинный фонтан на мосту

2. Фонтан короля Фахда (Джидда) -

самый высокий

3. Фонтанный комплекс Dubai Fountain (Дубай) - самый большой и самый дорогой

4. Фонтан Корона (Чикаго) -

самый интернациональный

5. Фонтаны Петергофа (Санкт-Петербург) - самые роскошные

6. Фонтан богатства (Сингапур) - фонтан, построенный по фэн-шуй

7. Фонтан Bellagio (Лас-Вегас) - самый знаменитый танцующий фонтан Америки

8. Парящие фонтаны (Осака)

- самые воздушные

9. Ртутный фонтан (Барселона)

- самый ядовитый

Экспериментальная часть работы

Сделать фонтан - это проблема, или задача, которую необходимо решить. Естественно, проблемы по разработке возникли сразу.

Гипотеза:

Попробовать для изготовления фонтана использовать то, что в сообщающихся сосудах однородная жидкость находится на одном уровне
Если фонтан будет работать, выяснить зависит ли высота фонтана от диаметра трубки

Результаты работы:

Мы хотим представить вашему вниманию циркуляционные фонтаны.

Проведённые исследования: «Проверка зависимости высоты столба фонтана от диаметра трубки»

Вывод:

Высота фонтана зависит от диаметра трубки. Чем меньше диаметр трубки, тем выше столб фонтана.

Выводы:

1.Во всех фонтанах используются сообщающиеся сосуды

2. В сообщающихся сосудах однородная жидкость стремится оказаться на одном уровне

3. Фонтан бьет за счет разности высот воды в сообщающихся сосудах

4. Различие фонтанов - в способе подачи воды в основной резервуар

Полученные результаты:

Копилка фонтанов города Нальчика

2. Сделанные своими руками циркуляционные фонтаны

Цели:
развивающие

образовательные

воспитательные

Звук фонтана
Говорят, есть три вещи, на которые можно смотреть бесконечно – огонь, звезды и вода. Созерцание воды - будь то таинственная глубина ровной глади, или прозрачные струи, приливающиеся и торопящиеся куда-то, как живые - не только приятно для души и благотворно для здоровья. Есть в этом что-то первобытное, отчего человек всегда стремится к воде. Не зря дети могут часами играть даже у обычной дождевой лужи. Отчего фонтаны так тянут к себе? Так волшебно завораживают? Может оттого, что в шуршании, шелесте, шуме их льющихся струй можно услышать смех русалки, строгий окрик водяного царя или всплеск золотой рыбки? Или оттого, что бьющиеся пенные струи пробуждают в нас те же радость и восторг, что и родники, ручьи и водопады. Воздух у водоема всегда чист, свеж и прохладен. Да и не зря говорят, что вода – «очищает», «омывает», не только тело, но и душу.
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. 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 «фонтис», что переводится «источник». По смыслу это означает струю воды, бьющую вверх или под напором вытекающую из трубы. Есть водные фонтаны природного происхождения – фонтанирующие небольшими струями родники. Именно такие природные источники привлекали внимание человека с древнейших времён и заставляли задуматься, как использовать это явление там, где это необходимо людям.
Первые фонтаны появились в древней Греции. Они имели очень простое устройство, и совсем не были похожи на пышные фонтаны современности. Назначение их было сугубо практичным. Снабжать города и поселки водой. Постепенно греки начинали украшать свои фонтаны. Обкладывали их плиткой, строили статуи, добивались высоких струй. Фонтаны стали атрибутом почти каждого города. Выложенные мрамором, с мозаичным дном, они совмещались то с водяными часами, то с водяным органом, то с кукольным театром, где фигурки двигались под воздействием струй. Историки описывают фонтаны с механическими птицами, которые весело пели и замолкали, когда внезапно появлялась сова.
Вслед за древними Греками, фонтаны начали строить в Риме. Само слово фонтан имеет римские корни. Римляне значительно усовершенствовали устройство фонтанов. Для фонтанов римляне делали трубы из обожженной глины или свинца. В эпоху расцвета Рима, фонтан стал обязательным атрибутом всех богатых домов. Дно и стенки фонтанов украшали плиткой. Струи воды били изо рта красивых рыб или экзотических животных.
Развитию фонтанов способствовало изобретение древнегреческими механиками закона сообщающихся сосудов, используя который, патриции устраивали фонтаны во дворах своих домов. Декоративные фонтаны древних можно смело назвать прототипом современных фонтанов.
После падения древнего мира, фонтан вновь превращается лишь в источник воды. Возрождение фонтанов как искусства начинается лишь во времена ренессанса. Фонтаны становятся частью архитектурного ансамбля, его ключевым элементом.
Наиболее известными являются фонтаны Версаля во Франции и Петергофа в России.
Современные фонтаны красивы не только днем, когда блестят и искрятся на солнце, но и вечером, когда они превращаются в цветомузыкальный водяной фейерверк. Погруженные в воду невидимые лампы делают ее струи то нежно-сиреневыми, то ярко-оранжевыми, почти огненными, то небесно-голубыми. Разноцветные струи бьются и издают звуки, сливающиеся в мелодию...
Ф. И. Тютчев.
ФОНТАН

Смотри, как облаком живым
Фонтан сияющий клубится;
Как пламенеет, как дробится
Его на солнце влажный дым.
Лучом поднявшись к небу, он
Коснулся высоты заветной -
И снова пылью огнецветной
Ниспасть на землю осужден.

О смертной мысли водомет,
О водомет неистощимый!

Какой закон непостижимый
Тебя стремит, тебя мятет?
Как жадно к небу рвешься ты!.
Но длань незримо-роковая
Твой луч упорный, преломляя,
Свергает в брызгах с высоты.

Давайте же рассмотрим схему устройства фонтана. 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.

Опыт с трубкой и воронкой
ВОПРОСЫ к детям (задания)
Задание 1. Историческое. Жители современного Рима до сих пор пользуются остатками водопровода, построенного их предками. Но римский водопровод прокладывался не в земле, а над ней, на высоких каменных столбах. Инженеры опасались, что в водоёмах, соединённых очень длинной трубой (или жёлобом), вода не установится на одинаковом уровне, что, следуя уклонам почвы, в некоторых участках вода вверх не потечёт. Поэтому они обычно придавали водопроводу равномерный уклон вниз на всём пути (для этого нередко требовалось либо вести воду в обход, либо возводить высокие прочные подпоры). Одна из римских труб имеет длину 100 км, между тем как прямое расстояние между её концами вдвое меньше.
? Правы ли были инженеры Древнего Рима? Если нет, то в чём их ошибка?
Задание 2. Строительное. В вашем распоряжении имеются линейка и сообщающиеся сосуды, наполненные жидкостью.
? Как с их помощью начертить на доске строго горизонтальную линию? Продемонстрируйте это. Подумайте, где на практике вы можете столкнуться с такой проблемой.

Опыт «фонтан в разреженном воздухе»

Фонтан Герона

Одним из устройств, описанное ученым древней Греции Героном Александрийским, был волшебный фонтан Герона. Главное чудо этого фонтана заключалось в том, что вода из фонтана била сама, без использования, какого либо внешнего источника воды. Принцип работы фонтана хорошо виден на рисунке. Давайте разберем подробнее как работал фонтан Герона.
Геронов фонтан состоит из открытой чаши и двух герметичных сосудов расположенных под чашей. Из верхней чаши в нижнюю емкость, идет полностью герметичная трубка. Если налить в верхнюю чашу воды, то вода по трубке начинает стекать в нижнюю емкость, вытесняя оттуда воздух. Поскольку сама нижняя емкость полностью герметична, то воздух выталкиваемый водой, по герметичной трубке, передает воздушное давление в среднюю чашу. Давление воздуха в средней емкости начинает выталкивать воду, и фонтан начинает работать. Если для начала работы, в верхнюю чашу требовалось налить воды, то для дальнейшей работы фонтана, уже использовалась вода попадавшая в чашу из средней емкости. Как видите устройство фонтана очень простое, но это только на первый взгляд.
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. Но знание древних Греков оказалось столь высоко, что они 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.

Таким образом, чтобы вода фонтана била максимально высоко, необходимо как можно выше сделать конструкцию фонтана, тем самым увеличив расстояние H1. Кроме того, нужно как можно выше поднять средний сосуд. Что касается закона физики о сохранении энергии, то он полностью соблюдается. Вода из среднего сосуда, под действием гравитации стекает в нижний сосуд. То, что она проделывает этот путь через верхнюю чашу, и при этом бьет там фонтаном, ни сколько не противоречит закону о сохранении энергии. Как вы понимаете, время работы подобных фонтанов не бесконечно, в конечном итоге вся вода из среднего сосуда, перетечет в нижний, и фонтан перестанет работать. На примере устройства фонтана Герона мы видим насколько высокими были знания ученых древней Греции

Недалеко от С.-Петербурга находится Петергоф – ансамбль парков, дворцов и фонтанов. На мраморном обелиске, стоящем у ограды Верхнего сада Петергофа, высечены цифры: 29. Таково расстояние в километрах от Санкт-Петербурга до блестящей загородной резиденции русских императоров, а ныне всемирно известной "столицы фонтанов" - Петергофа. Это единственный ансамбль в мире, фонтаны которого работают без насосов и сложных водонапорных сооружений. Здесь используется принцип сообщающихся сосудов – разница в уровнях, на которых расположены фонтаны и пруды-хранилища. Величественная панорама открывается при подходе к Петергофу с моря: самую высокую точку занимает Большой дворец, возвышающийся на краю естественной 16-метровой террасы. На ее склоне сверкает золотом скульптур и серебром фонтанных струй Большой каскад. Перед каскадом и центре водного ковша взмывает мощная струя фонтана "Самсон", а далее воды устремляются к заливу по прямому, как стрела, Морскому каналу, который является планировочной осью север - юг. Канал - одно из старейших сооружений Петергофа, обозначенный уже на первых планах, которые набросал сам Петр I. Канал делит Нижний парк, площадь которого 102 гектара, на две части, условно именуемые "западная" и "восточная".
В восточной находятся дворец Монплезир, каскад "Шахматная гора" и "Римские" фонтаны, фонтаны "Пирамида", "Солнце", фонтаны шутихи. В западной части расположены павильон Эрмитаж и дворец Марли, каскад "Золотая гора", "Менажерные" фонтаны и "Клоши". Петр не случайно выбрал именно это место для строительства Петергофа. Обследуя местность, он обнаружил несколько водоемов, питавшихся бьющими из-под земли ключами. В течение лета 1721 года были построены шлюзы и канал, по которому из водоемов с Ропшинских высот вода шла самотеком до накопительных бассейнов Верхнего сада, и здесь можно было устроить лишь небольшие по высоте струи-фонтаны. Иное дело - Нижний парк, раскинувшийся у подножия террасы. Вода с 16-метровой высоты по трубам из бассейнов Верхнего сада по принципу сообщающихся сосудов с силой устремляется вниз, чтобы взмыть множеством высоких струй в фонтанах парка. Всего в Нижнем парке и Верхнем саду действует 4 каскада и 191 фонтан (включая водометы каскадов).
Найденные еще Петром I принципы водоснабжения действуют и поныне, свидетельствуя о таланте основателя Петергофа.
Во время Великой Отечественной войны фашистские захватчики полностью разрушили фонтанную систему Петродворца. Они сняли и вывезли скульптуры, в том числе знаменитую скульптуру „Самсон", которая была разрезана на части и также отправлена в Германию, во многих местах вырезали свинцовые трубопроводы, ободрали свинцовые листы с порогов Большого каскада, сняли насадки, а также всю арматуру из цветных металлов. К счастью, значительная часть скульптур и других произведений искусства своевременно была эвакуирована.
Советская Армия, освободившая Петродворец, нашла там лишь руины; фонтанная система была разрушена на 80 процентов. В настоящее время в результате больших восстановительных работ, основные фонтаны Петродворца восстановлены.

Модель фонтана

Фонтаны издавна привлекали к себе художников и поэтов. Много стихов было написано об этих волшебных струях воды. Один из известных стихотворений - стихотворение А.С. Пушкина «Бахчисарайский фонтан» (отрывок)
Фонтан любви, фонтан живой!
Принес я в дар тебе две розы.
Люблю немолчный говор твой
И поэтические слезы.

Твоя серебряная пыль
Меня кропит росою хладной:
Ах, лейся, лейся, ключ отрадный!
Журчи, журчи свою мне быль...

Нашим ребятам тоже было предложено попробовать себя в роли поэтов. Послушаем, что из этого получилось.

Стихи ребят

"Летят алмазные фонтаны с веселым шумом к облакам...", - так поэтически образно Александр Сергеевич Пушкин высказался о фонтанах старинного Петербурга. Веселье и устремленность к заоблачным высям почувствовал он в волшебном говоре фонтанных струй. Неудивительно, что много разных ассоциаций рождается в душе человека, когда в живой пелене фонтана вдруг вспыхивает разноцветная радуга. В последние годы в городах один за другим стали появляться все новые и новые фонтаны, их стали использовать возможности фонтанов для организации прекрасных фонтанных шоу. Естественно, фонтаны, используемые на мероприятиях, имеют значительные
и т.д.................