PowerPoint - Виртуальная академия физики высоких энергий для

Выполнил: Злобин В.В. ученик 9"А" класса
Руководитель: учитель высшей категории Куракова Н. А.
Актуальность исследования
Расположенный в самом сердце
России, связывающий две
российские столицы – Москву и
Петербург, город Старая Русса
издревле был известен как город с
особым значением в русской
истории и культуре.
В этом году Старая Русса
празднует свой тысячелетний
юбилей, в торжестве примут участие
иностранные гости, которые
обязательно посетят курорт «Старая
Русса» и расположенные на его
территории фонтаны.
К сожалению, в нашем курорте
их не так много, однако в 2014 году
был подписан указ о проведении
тендера на строительство нового
фонтана.
Цель исследования
 Вывести формулу зависимости высоты струи фонтана от
внешнего воздействия на фонтан.
Предмет и объект исследования
Предмет исследования:
давление воды в фонтанах.
Объект исследования:
фонтан Герона
Гипотеза исследования
 При увеличении силы давления
на стенки фонтана снаружи,
высота струи фонтана
увеличится.
Задачи исследования
 Изучить историю создания фонтанов.
 Выяснить принципы действия фонтанов.
 Вывести формулу зависимости высоты струи фонтана от
внешнего давления
 Создать простейшие модели действующих фонтанов.
 Проделать опыты с моделями фонтанов.
История создания фонтанов
Слово фонтан – латиноитальянского происхождения,
происходит оно от латинского
«фонтис», что переводится
«источник». По смыслу это
означает струю воды, бьющую
вверх или под напором
вытекающую из трубы.
Фонтаны Древней Греции
Уже в Древней Греции 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.
Фонтаны древнего Рима
В первом веке нашей эры, в
Риме благодаря пристрастию
населения к фонтанам на одного
жителя расходовалось 1300 литров
воды в день. С этого времени в
доме каждого состоятельного
римлянина устраивался небольшой
дворик и бассейн, в центре
ландшафта обязательно бил
небольшой фонтан.
Виды фонтанов
 Естественные; функционируют за
счет принципа сообщающихся
сосудов
 Искусственные; функционируют
за счет давления жидкости в
сосудах фонтана.
 Фонтаны Петергофа
 Фонтан Герона
 Муравьёвский фонтан
 Гидротаранный насос
Принцип действия сообщающихся сосудов
В работе естественных фонтанов
главную роль занимает принцип
действия сообщающихся сосудов:
«В сообщающихся сосудах любой
формы и сечения поверхности
однородные жидкости
устанавливаются на одном уровне».
Если же жидкость в
сообщающихся сосудах находится на
разных уровнях , то создается напор
жидкости.
Напор – это давление, которое
производит вес столба жидкости
высотой, равной разности уровню.
Фонтан «Самсон»
Самсон — центральный фонтан
дворцово-паркового ансамбля
«Петергоф». Струя бьёт вверх на 21
метр.
По первоначальному замыслу
Петра I в Петергофе в честь победы
над Швецией должен был быть
создан фонтан с изображением
Геракла, побеждающего Лернейскую
гидру, но этот план не был
осуществлен.
К идее установки памятного
фонтана вернулись в царствование
императрицы Анны Иоанновны.
Считается, что фигура Самсона
появилась в связи тем, что
Полтавская битва состоялась в день
Сампсония Странноприимца. Лев же
связывается со Швецией, так как
именно этот символ присутствует на
гербе страны и до наших дней.
Фонтан «Сноп»
Фонтан «Сноп» — центральный
фонтан в Монплезирском саду
Дворцово-паркового ансамбля
Петергоф. Он является одним из
первых фонтанов Петергофа,
построенных по указанию Петра I.
Создан он был в 1722 - 1723
годах архитектором Н. Микетти и
фонтанным мастером Суалемом.
Центр композиции - высокая
туфовая тумба в виде связки
колосьев (снопа), из которой бьёт
мощная струя воды. Ниже по кругу
располагаются еще 24 наклонные,
более тонкие струи.
История создания Муравьёвского
фонтана
Муравьёвский фонтан самоизливающийся минеральный
фонтан, расположенный на
территории курорта в городе Старая
Русса.
В связи с возрастающими
потребностями курорта в
минеральной воде 18 сентября 1859
была пробурена новая скважина.
Однако источник оказался слишком
солёным и постепенно вышел из
употребления. Сначала фонтан
использовался для технических
нужд, затем стал символом курорта
и города в целом.
Внешний вид
В 1890—1895 годах скважина
была реконструирована, устроен
фонтан, над которым был сооружён
металлический остеклённый шатер,
а вокруг скважины — кирпичный
бассейн.
Таким он просуществовал до
Великой Отечественной войны. В
ходе её боёв фонтан был полностью
уничтожен. После ужасных
разрушений он был вновь
восстановлен
С весны 1996 года фонтан стоит
открытым. Напор струи был
уменьшен из-за негативного влияния
на растущие рядом деревья.
Давление жидкости в сосуде
В работе искусственных
фонтанов главную роль занимает
сила давления жидкости на стенки
сосуда :
«Давлением на участке
поверхности называют отношение
силы давления, действующей на
этот участок, к площади участка.»
𝜌 = 𝐹/𝑆
Гидротаранный насос
Гидротаранный насос механическое устройство для
подъёма воды на значительную
высоту.
Энергию для работы насос
получает из потока воды,
перетекающего под действием силы
тяжести из питающего резервуара по
питающей трубе в какой-либо
нижерасположенный сток.
Пропуская через себя большую
часть воды с небольшой высоты h,
насос поднимает меньшую часть
воды на большую высоту H.
История создания
Первый автоматический
гидротаранный насос изобрёл
знаменитый француз ЖозефМишель Монгольфье совместно с
Ами Арганом в 1796 году.
В США гидротаранный насос
впервые запатентовали Серно и
Халлет в 1809 году.
В 2014 году уральскими
мастерами начата конструкторская
разработка и производство
гидротаранов в России. В марте
месяце конструкторское звено
артели приступило к первым
испытаниями.
Фонтан Герона
Фонтан Герона 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.
Герон Александрийский
Герон Александрийский великий
физик, математик, механик и
инженер древней Греции. Жил
предположительно в I-II века до
нашей эры в Александрии
Египетской.
Одной из главных заслуг Герона
Александрийского перед историей,
являются книги, написанные им. В
них описываются не только
собственные изобретения Герона,
но и знания других ученых
древней Греции.
Опыт с одной бутылкой
В пробке просверлите отверстие,
в которое трубка должна входить
очень туго. Налейте в бутылку
немного воды. Вставьте пробку в
горлышко. Нижний конец трубки
должен погрузиться в воду и дойти
почти до самого дна. Первый
фонтан готов. Для того чтобы он
стал действовать, воздух в бутылке
надо сжать.
Когда освободите верхний конец
трубки, из него забьет фонтан. Это
сжатый в бутылке воздух, стремясь
расшириться, вытесняет воду.
Опыт с двумя бутылками
Если соединить резиновой
трубкой два сосуда из второго опыта,
как показано на рисунке (во втором
сосуде обе трубки короткие), то
система будет уравновешена до тех
пор, пока вы не подуете в трубку
первого сосуда. После того как вы
подуете в трубку первого сосуда вода из него начнет течь во второй
сосуд.
Опыт с тремя бутылками
Вода из бутылки 1 по стеклянной
трубке и шлангу сифоном течет в
бутылку 2 (до начала работы она была
пуста) и вытесняет из нее воздух. Тот
по шлангу поступает в бутыль 3 и
буквально выдавливает из нее воду
через опущенную почти до дна
трубку. Проходя по шлангу, она бьет
фонтаном.
Опыт №1
Цель опыта
Создать модель фонтана Герона
Оборудование
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, спиртовка, нож, плоскогубцы, ножницы, маркер,
наждачная бумага, клеевой пистолет (или любой другой водостойкий клей).
Сборка модели
Вывод опыта
Вывод: Геронов фонтан – это однотактный гидропоршневой
гравитационный компрессор.
Опыт №2
Цель опыта
Выяснить изменяется ли струя воды в фонтане при увеличении внешней силы
воздействия на стенки фонтана.
Оборудование
Модель фонтана Герона, два штатива с лапками, разновес, перегородки
Ход опыта
1. Собрал установку для проведения опыта.
2. Подействовал на фонтан силой давления 10Н, измерил высоту струи
фонтана.
3. Подействовал на фонтан силой давления 20Н, измерил высоту струи
фонтана.
4. Подействовал на фонтан силой давления 30Н, измерил высоту струи
фонтана.
Результаты опыта вы можете увидеть в таблице, приведённой ниже.
Таблица №1
Номер
опыта
Сила
давления,
Н.
Диаметр
бутылки, м.
Длина
перегородки, м
Площадь
соприкосновения,
м.
Высота
струи, м.
№1.
10
0,07
0,1
0,007
0,14
№2.
20
0,07
0,1
0,007
0,29
№3.
30
0,07
0,1
0,007
0,43
Фотографии к опыту №2
Диаграмма №1
Высота струи фонтана, см
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
Высота струи
фонтана, см
Сила
давления
10Н
Сила
давления
20Н
Сила
давления
30Н
Вывод коэффициента зависимости
высоты струи от внешнего давления
Таблица № 2
Номер
вычисления
Сила давления, Н.
Высота струи, м.
Коэффициент
зависимости
№1
10
0,14
71,4
№2
20
0,29
68,9
№3
30
0,43
69,8
 Выводопыта: высота струи зависит от изменения внешней силы
давления. При увеличении внешнего воздействия на бутылку(площадь
соприкосновения , диаметр бутылки не изменяются), высота струи
фонтана увеличивается.
 ℱдавления = ℛср. × ℎ = 70× ℎ=70 ℎ
Диаграмма № 2
Коэффициент зависимости высоты струи от
силы внешнего давления
71.5
71
70.5
70
69.5
69
68.5
68
67.5
Коэффициент
зависимости высоты
струи от силы
внешнего давления
Сила
давления
10Н
Сила
давления
20Н
Сила
давления
30Н
Выводы исследования
Спасибо за внимание!