Вечный фонтан герона доклад

Обновлено: 05.07.2024

Задачи:
1. Познакомиться с историей и назначением фонтанов.
2. Изучить принцип действия фонтанов.
3. Изучить принцип действия фонтана Герона.
4. Изготовить модель фонтана Герона
Методы и методики
1- Сбор материала
2- Анализ информации
3- Анализ проекта

Практическая значимость: собрав и изучив модель фонтана, в дальнейшем на основе предложенной идеи с использованием дополнительных средств можно будет изготовить фонтан любого размера. Зона отдыха есть в любом доме, и, конечно же, её украшением может стать фонтан. Такой фонтан может также украсить холл школы.

Первые фонтаны (VI в до н.э.) возникли в Древнем Египте и Месопотамии, о чем свидетельствуют изображения на древних надгробиях. Изначально они использовались не столько для красоты, сколько для полива выращиваемых культур и декоративных растений. Египтяне сооружали фонтаны во фруктовых садах возле дома. Первые фонтаны имели очень простое устройство и совсем не были похожи на пышные фонтаны современности. В Риме фонтаны сооружались как источники питьевой воды и для того, чтобы освежить воздух в жару. Римляне значительно усовершенствовали устройство фонтанов. Для фонтанов они делали трубы из обожженной глины или свинца. В эпоху расцвета Рима, фонтан стал обязательным атрибутом всех богатых домов. Струи воды били изо рта красивых рыб или экзотических животных. Фонтаны современного мира представляют собой настоящие шедевры инженерной и конструкторской мысли: это самые разнообразные сооружения, привлекающие туристов красотой и величием, высотой и впечатляющим декором.

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ФОНТАНОВ
Проточный фонтан
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.

Циркуляционный фонтан
Циркуляционные отличаются тем, что вода в них бежит по замкнутому кругу. Вода из чаши поднимается выше по шлангу с помощью помпы. Шланг проходит внутри и не заметен снаружи. Таким образом, фонтаны, основанные на принципе циркуляции, не требуют подключения к ним водопровода и оттока воды. Достаточно залить воду один раз, а затем уже доливать по мере ее испарения.

Разновидности естественных фонтанов

Гейзеры - горячая вода с паром, бьющая фонтаном из отверстия в земле. Гейзеры всегда расположены там, где находятся вулканы.

Родник, источник, ключ — естественный выход подземных вод на земную поверхность . Человеку нравились бьющие небольшими струями родники. Мастера проявляли чудеса изобретательности, украшая родники.

Артезианская вода – это вода, находящаяся в глубинных пластах Земли и, как правило, выходящая на поверхность под давлением. Обычно находится в пределах впадин, флексур или других геологических структур, образуя тем самым артезианские бассейны. Она находится примерно на глубине от ста до трехсот метров, заключенная между двумя водоупорными слоями. Именно из-за ограничения и давления эта вода обладает сильным напором. Вода из артезианской скважины считается самой полезной, абсолютно безопасной для употребления.

С античных времён сохранились работы греческого механика Герона Александрийского, жившего в I – II в. н. Одним из устройств, описанное учёным, был волшебный фонтан Герона. Главное чудо этого фонтана заключалась в том, что вода из фонтана била сама, без использования какого-либо внешнего источника воды.
Геронов фонтан состоит из открытой чаши и двух герметичных сосудов расположенных под чашей. Каждая емкость фонтана служит для определенной цели. Фонтан Герона начинается с чаши. Она представляет собой миску, наполненную водой. Из верхней чаши в нижнюю ёмкость идёт полностью герметичная трубка. Именно по ней вода начинает свое движение. С верхней чаши вода по трубке начинает стекать в нижнюю ёмкость, вытесняя оттуда воздух. Поскольку сама нижняя ёмкость полностью герметична, то воздух выталкиваемой водой по герметичной трубке передаёт воздушное давление в среднюю чашу. Давление воздуха в средней ёмкости выталкивает воду, и фонтан начинает работать.
Фонтан Герона может работать очень долго, но емкости приходится менять местами. Потому что нижняя постепенно наполняется водой, а верхняя - воздухом, а значит, перестает создаваться нужное давление.
Данный Фонтан можно сделать из пластиковых бутылок и он не требует никаких денежных затрат. Ведь, гравитация, благодаря которой он работает, пока бесплатна.
Этот фонтан удобно использовать дома в качестве увлажнителя воздуха для цветов.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
Оборудование:
• Пластиковая бутылка (1,5л) и две бутылки от чая.
• Соломинки для коктейля, трубка от капельницы.
• Гвоздь.
• Колпачок от клея.
• Спиртовка (сухое топливо).
• Плоскогубцы, ножницы.
• Клеевой пистолет.
Всего было создано 3 модели Фонтана Герона и 2 из них были неудачны.

Фонтан Герона

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Древние Арабские рукописи донесли до нас рассказ об удивительных творениях античного изобретателя Герона Александрийского. Одно из них — красивая чудо-чаша в храме, из которой бил фонтан. Нигде не было видно никаких подводящих труб, а внутри — механизмов.Удивительное творение античного изобретателя Герона Александрийского — вечный фонтан. Где его можно применить в современной жизни?

Цель исследования: изучить принцип работы фонтана Герона и найти практическое применение в современной жизни.

Изучить литературу про фонтан Герона;

Изучить принцип его работы;

Изготовить фонтан Герона;

Найти практическое применение в жизни.

Продуктом исследования является собственный фонтан Герона.

Глава 1. Теоретическая часть

Земля покрыта воздушной оболочкой, которая называется атмосферой. В переводе с греческого "атмос" - пар, воздух, "сфера" - шар. Атмосфера простирается на высоту несколько тысяч километров. Атмосфера состоит из молекул разных газов (азот, кислород, углекислый газ), которые не имеют собственной формы и постоянного объёма[1].

На воздух, как и на всякое тело, находящиеся на Земле, действует сила тяжести, и, следовательно, воздух обладает весом. Верхние слои воздуха сжимают нижние слои, т.е. оказывают на них давление согласно закону Паскаля, одинаково по всем направлениям [2].

Каждый слой атмосферы испытывает давление со стороны всех верхних слоёв, а следовательно, земная поверхность и тела, находящиеся на ней, испытывают давление всей толщи воздуха, или, как обычно говорят, испытывают атмосферное давление, и, согласно закону Паскаля, это давление передаётся одинаково по всем направлениям.[3]

Атмосферное давление – давление, оказываемое атмосферой Земли на все находящиеся на ней предметы.

Существованием атмосферного давления можно объяснить многие явления, действие многих медицинских инструментов. Рассмотрим как набирают жидкость в шприц:

Надавливают на поршень шприца, выдавливая воздух.

Иголку шприца опускают в жидкость.

Поршень поднимают, за ним поднимается жидкость.

Объяснение эту явлению очень простое, когда опустили поршень между ним и жидкостью образовалось пространство, давление которого меньше атмосферного. В результате этого под действием атмосферного давления жидкость поднимается за поршнем.

1.2. УСТРОЙСТВО ФОНТАНА

Каждая емкость фонтана служит для определенной цели. Фонтан Герона начинается с чаши. Она представляет собой миску, наполненную водой, из которой отходит тонкая трубка, направленная в нижнюю емкость. Именно по ней вода начинает свое движение. Эта емкость пуста. В ней накапливается вода, которая, поднимаясь вверх, создает давление воздуха, поднимающегося по тонкой трубке, и попадает в верхнюю емкость, наполненную водой. Отсюда воздух выталкивает воду, которая движется по трубке в чашу с водой и создает струю, что видна над поверхностью жидкости. Фонтан Герона может работать очень долго, но емкости приходится менять местами. Потому что нижняя постепенно наполняется водой, а верхняя - воздухом, а значит, перестает создаваться нужное давление . (Приложение А)

Возможно, вы удивитесь, прочитав сейчас о том, как можно сделать фонтан своими руками. Ведь в этой модели используется пластмасса, а 200 лет назад ее еще не изобрели. Греческий изобретатель использовал стеклянные емкости. Для начала он провел эксперимент. Налил воду в стеклянную бутылку, затем заткнул ее пробкой, в которой проделал отверстие. В это отверстие он вставил трубку, доходящую до дна бутылки. Поставив эту конструкцию на солнце, Герон принялся наблюдать за ней. Солнце начало нагревать бутылку, и вода устремилась по трубочке вверх. Причем, чем сильнее грело солнце, тем больше вытекало воды. Тогда Герон взял увеличительное стекло и направил его на бутылку, чтобы усилить действие солнечных лучей. Нагретая вода высокой струей вырвалась по трубке из бутылки. Это натолкнуло Герона на мысль о том, что вода может двигаться по кругу, поднимаясь из бутылки и возвращаясь в нее. Тогда он стал думать над тем, как сделать так, чтобы вода самостоятельно возвращалась обратно в емкость. [7, 9]

Фонтан Герона состоит из трех стеклянных сосудов – наружный, средний и внутренний, помещенных один внутри другого. Наружный сосуд имеет форму открытой чаши, в которую наливается вода, так что вода скрывает два сосуда склеенных между собой, таким образом, чтобы образовался вакуум и термоизоляция между водой из первого сосуда и воздухом в третьем сосуде. Также третий сосуд является рабочей емкостью. В сосуде находятся два отверстия — сверху, куда плотно вставляется трубка, до дна сосуда и снизу, где расположен клапан. Вода из наружного сосуда, под атмосферным давлением, через клапан поступает во внутренний третий сосуд и сжимает, находящийся между трубкой и наружными стенками сосуда воздух, до тех пор пока не уровняется атмосферное давление в первом сосуде и давление воздуха в третьем сосуде. Солнечные лучи проходят через первый и второй сосуды, образующих водяную лупу (две стеклянные линзы наполненные водой), усиливаются и через вакуум между вторым и первым сосудами нагревают стенки третьего сосуда и воздух в сосуде. Воздух в третьем сосуде расширяется и выталкивает воду из третьего сосуда по трубке, образуя фонтан. Уровень воды в первом сосуде повышается и соответственно повышается атмосферное давление воды в первом сосуде, таким образом, как только нарушается равенство атмосферного давления в первом сосуде и давления воздуха в третьем сосуде, вода через клапан поступает в чашу, охлаждает и сжимает воздух в третьем сосуде, процесс повторяется. Таким образом, в данном изобретении, энергия солнечных лучей преобразуется в движение воды. Фонтан работает каждый день, без видимых механизмов и подводящих труб. Преимуществом является то, что сосуды не надо переставлять или переворачивать. Фонтан работает каждый день без видимых механизмов и подводящих труб, и в любом месте, куда попадают солнечные лучи. Через первый сосуд заполненного водой стеклянный трудно разглядеть внутренние стеклянные сосуды и создается эффект вечного двигателя, который не мог повторить ни один ученный в течение 2000 лет. (Приложение Б) [8, 11]

Глава 2. Практическая часть

2.1 ИЗГОТОВЛЕНИЕ ФОНТАНА ГЕРОНА

МАТЕРИАЛЫ: пластиковая бутылка (2 л) и две бутылки от питьевого йогурта; соломинки для коктейля; стержень от гелиевой ручки; трубка от капельницы, коннекторы от капельницы (можно вместо них использовать отрезки от гелиевого стержня); гвоздь, колпачок от клея.

ОБОРУДОВАНИЕ: спиртовка, нож, плоскогубцы, ножницы, маркер, наждачная бумага, клеевой пистолет (или любой другой водостойкий клей).

Шаг 1. Зачищаем наждачной бумагой пробки от бутылок и склеиваем их клеевым пистолетом. Разогретым на спиртовке гвоздем проделываем два отверстия в склеенных пробках. Вставляем в отверстия коннекторы от капельницы.

Шаг 2. Ко дну бутылки от йогурта приклеиваем пробку от 2 л бутылки. Проделываем в ней два отверстия горячим гвоздем.

Шаг 3. В отверстия вставляем трубку от капельницы (~40 см) и соломинку без гофрированной части. Удлиняем соломинку с другой стороны, чтобы она доставала до горлышка бутылки. В конец трубки от капельницы вставляем отрезок стержня от гелиевой ручки для жесткости и герметизируем щели вокруг обеих трубок клеем.

Шаг 4. Вставляем второй конец трубки от капельницы к центральному коннектору в склеенных пробках. Ко второму коннектору присоединяем трубочку от коктейля. Обрезаем конец трубочки, чтобы она доставала до дна бутылки.

Шаг 5. Отрезаем от 2 л бутылки верхнюю часть и присоединяем ее к приклеенной пробке.

Шаг 6. Изготавливаем из отрезка трубки от капельницы и соединительной части гелиевого стержня (или колпачка от клея) сопло для нашего фонтана. Присоединяем сопло к желтой трубочке при помощи коннектора от капельницы и отрезка оранжевой трубочки. Главное назначение сопла – получение тонкой высокой струи. Можно обойтись и обрезком трубочки от капельницы без сопла – тогда вода из фонтана будет просто выливаться вниз как водопад.

Шаг 7. Присоединяем ко второй стороне двойной пробки трубочку к центральному коннектору.

Шаг 8. Собираем все части фонтана вместе

Шаг 9. При необходимости делаем подставку к фонтану для его большей устойчивости.

Обрезаем нижнюю часть 2 л бутылки. Приклеиваем эту подставку ко дну нижней бутылки фонтана.

Шаг 10. Фонтан готов. Можно приступать к испытанию. (Приложение В) [6, 16, 19]

2.2. ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ФОНТАНА ГЕРОНА В ЖИЗНИ

- очищение воздуха: фонтан очищает воздух от пыли, рядом с ним даже дышится легче.

- увлажнение: фонтан способен качественно увлажнять воздух, что положительно сказывается на здоровье.

Докажем это на практике. Определим относительную влажность воздуха в помещении.

Для этого я использовала 2 термометра для воздуха. Один из них обвязала кусочком марли, погруженным в воду. Испарение воды с поверхности влажного термометра приводит к понижению его температуры. Второй же, сухой термометр, показывает обычную температуру воздуха.

- Измерила температуру воздуха ртутным термометром и записала показание. Это показание сухого термометра.
- Плотно обернула головку термометра мокрой марлей, и через 10 минут сняла показания мокрого термометра. Термометр должен быть подвешен так, чтобы его головка ни с чем не соприкасалась.
- Из первой цифры вычла вторую. По разности показаний сухого и влажного термометров определила по таблице относительную влажность воздуха. (Приложение Г)

Показания снимали в течение 7 дней

Итак, влажность воздуха в среднем за эти дни составила 33%.

Если провести такое определение в день, когда в квартире тепло, а на улице солнечно и стоит легкий морозец, результаты потрясут: в квартире влажность воздуха примерно 25%, а то и ниже - точно такая же, как в пустыне Сахара. Налицо все признаки низкой влажности: шерстяные вещи "стреляют", пыль прилипает к вертикальным поверхностям полированной мебели, белье сохнет мгновенно.

Исследование влажности воздуха с действующим изготовленным в домашних условиях фонтаном.

Фонтан, изготовленный самостоятельно из пластиковых бутылок, работал с 9 часов утра до 21 часа. С 10 минутным перерывом на перемену местами бутылок, Один цикл работы фонтана длится 40 минут. Результат – достигнута влажность воздуха 50%.

Растения, находящиеся в комнате чувствуют себя просто прекрасно, а вместе с ними и мы.

Влажность в комнате увеличивается в среднем в отопительный сезон на 5%

Влажность, увеличиваясь, благотворно влияет на самочувствие и тонус человека, подтверждённый исследованиями учёных

Улучшается экологическая обстановка в комнате, т.к. комнатные растения растут лучше и дают больше кислорода.

Фонтан Герона – великое открытие. Его систему можно использовать в быту и в научных презентациях. Это открытие помогло улучшить жизнь некоторых людей.

В ходе исследования выявлено, что наиболее подходящими по конструктивным особенностям для расположения в квартире являются Героновы фонтаны. Созданы модели фонтанов. В исследовательской работе приводятся рекомендации и инструкции для самостоятельного создания фонтана у себя дома для улучшения климатической обстановки и состояния здоровья человека в целом. Таким образом, мною были выполнены следующие задачи:

Изучена литература про фонтан Герона;

Изучен принцип его работы;

Изготовлен фонтан Герона;

Найдено практическое применение в жизни, а именно, фонтан Герона является прекрасным средством для увеличения влажности воздуха.

Гальперштейн Л. Забавная Физика :учеб.пособие / Л. Гальперштейн , 1993. – 255 с.

Перельман Я.И. Занимательная физика / Я.И. Перельман– М.: Центрполиграф, 2010 г.

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

С одержание .

II. Основная часть

1. История и назначение фонтанов

2. Фонтан Герона

3. Создание модели фонтана, проведение и результаты экспериментов

III. Заключение, вывод и практическая значимость

IV. Библиографический список

I . Введение

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.

Актуальность темы

Цель данного проекта: собрать модель фонтана и выяснить, от каких физических параметров зависит высота струи в нем.

Задачи исследования :

Собрать, изучить и отобрать информацию по данному вопросу

Познакомиться с историей фонтанов

Изучить принцип работы фонтана Герона;

Изготовить фонтан Герона;

Выяснить от каких параметров зависит высота струи в фонтане;

Найти практическое применение.

Гипотеза: Я предполагаю, что изучив устройство и принцип работы фонтана Герона, я смогу собрать модель фонтана.

Объект исследования: фонтан Герона.

Методы исследования: теоретический, экспериментальный, практический, анализ, обобщение.

II . Основная часть

История фонтанов

Вода, как основа жизни и дар богов, всегда притягивала человека своей мощью, красотой и чистотой. Древние цивилизации возникли преимущественно в жарких и засушливых регионах. Одновременно с ними появилась необходимость создания искусственных источников воды.
Природный фонтан, называемый гейзер или ключ, послужил основной для создания искусственных фонтанов. Изначально фонтаны в античном мире широко использовались в Египте, Персии, Месопотамии исключительно для питьевых и бытовых нужд, для полива и орошения. Они представляли собой емкость, куда стекала вода из искусственного отверстия или источника. В каждом богатом доме внутренний двор обычно украшал выложенный плиткой или камнем бассейн с фонтаном в центре. В период Возрождения фонтаны распространяются по всей европейской территории. Каждый крупный монастырь оборудует на своей территории фонтан для отдыха, молитв и размышлений монахов. Богато украшенный скульптурами фонтан становится обязательным элементом королевского дворца и городского пейзажа. Эпоха барокко еще больше внимания уделяет декоративному убранству фонтанов. Со строительством регулярного парка Версальского королевского дворца в XVII веке в искусстве декорирования фонтанов начинает преобладать французский стиль. Тритоны, рыбы, дельфины и прочие морские создания и божества становятся основными героями скульптурных композиций. Для строительства и украшения фонтанов приглашаются самые знаменитые скульпторы. Появляется возможность направлять струю воды не только вертикально вверх, но и под углом. Фонтан Треви в Риме.

В это время фонтаны практически утрачивают свою функцию источника питьевой воды, полива и орошения. Для подачи воды в фонтан используются специальные механизмы, использующие водоподъемные колеса и помпы. Черпаки, расположенные по окружности колеса, одновременно являются и его движущими лопастями. Колесо опускается в реку, черпаки наполняются водой и под движением потока поднимают воду, выливая ее в специальный желоб, по которому вода непосредственно поступает в трубы, питающие фонтан. Если природная сила течения была недостаточной, то для вращения колеса использовали тягловых животных.
С появлением электрических моторов в сооружении фонтанов открылись новые удивительные перспективы. Прежде всего, появилась возможность подавать струю на большую высоту. Высота подъема воды в фонтане Фахда в Саудовской Аравии составляет более 300 метров.

Подключение часовых механизмов сделало возможным включать и выключать подачу воды по специальному расписанию. Использование различных по форме и количеству труб позволяет создавать водные поверхности разнообразной формы и красоты, похожие на цветы, грибки, спирали, горки, одуванчики. Подсветка и звук привели к появлению эффектных водных шоу и представлений. Например, танцующий фонтан в Лас -Вегасе, расположенный в озере перед отелем-казино Белладжио. 1175 трубочек, прикрепленных к подвижным платформам под музыку и освещение тысяч разноцветных ламп создают удивительные симметричные фигуры из водных струй, соединяясь в воде в круги и полосы, пересекая и дополняя друг друга.

Эффектные шоу фонтанов можно наблюдать в Дубае, в Протарасе на Кипре, в океаническом парке Гонконга, Олимпийском парке в Сочи и во многих других местах.

В г. Волжском есть фонтаны, вокруг которых любят гулять и взрослые и дети

Фонтан Герона

Две тысячи лет назад Герон открыл эру механизации, создавая машины, которые до сих пор потрясают наше с вами воображение. Герон жил в Александрии в те времена, когда этот город был самым многонациональным в мире. Это прекрасное место, где когда-то жила неотразимая царица Клеопатра, сосредоточило в своих недрах все знания классического мира. Великие умы приезжали сюда ради торговли самым ценным из богатств — ни золотом, ни рабами, ни серебром, a знаниями. Два тысячелетия назад это был центр мировой науки. Банком этих знаний была великая библиотека. Здесь были собраны труды греков, египтян и других народов. Свитки были заполнены баснями, стихами, трудами математиков и философов. Именно там хранились все изобретения Герона. Ни одна из eгo машин не сохранилась до наших дней, и мы почти ничего не знаем o самом изобретателе, но имеем представления о ero чудесных творениях, ведь описания этих машин дошли до нас в виде копий тех свитков, что писал Герон. Среди ero изобретений есть такие, которые предназначаются для дома, a другие использовались как развлечение на званых обедах, некоторые производили спецэффекты в театре (звенели, жужжали, свистели, создавали звуки животных и так дaлee).

За последние несколько месяцев я очень много болел. Меня заинтересовало то, по какой причине моё самочувствие постоянно ухудшалось. Как выяснилось, на него могла повлиять относительная влажность помещения, которая значительно уменьшается в отопительный сезон.

1.1. Актуальность

Дело в том, что с подобной проблемой сталкивалось и продолжает сталкиваться множество людей. На некоторых форумах люди жаловались на плохое самочувствие как хозяев, так и их животных по той же причине. А потому я решил найти такой механизм, который сможет увлажнять воздух в комнатах без использования электроэнергии, изучить его и создать инструкцию по его созданию в домашних условиях.

А теперь немного полезной информации о давлении:

Давление измеряется в паскалях(1Па=1Н/м 2 ) и вычисляется по формулам:

Механическое давление:P=F/S(сила/площадь взаимодействия)

Давление в жидкостях:P=pgh

(плотность жидкости*гравитационная постоянная*глубина)

Если объем воздуха в неизменяемом форму сосуде повышается, то атмосферное давление внутри этого сосуда растёт. То же самое происходит при уменьшении предоставляемого объема сосуда для воздуха.

1) Изучить принцип работы фонтана Герона.

2) Изготовить фонтан Герона.

3) Найти практическое применение в фонтана жизни.

4) Создать список преимуществ и недостатков содержания фонтана дома.

5)Создать подробную пошаговую инструкцию по созданию фонтана в домашних условиях.

1) Найти и изучить информацию о давлении в жидкостях и механическом давлении.

2) Найти примеры применения давления в технике для наглядности.

3) Ознакомиться с работами Блеза Паскаля.

4) Изучить литературу про фонтан Герона.

5) Найти на форумах преимущества и недостатки содержания фонтана дома

2.1. Интересные факты

Разберем обычное катание на коньках. У конька очень острое лезвие, и со льдом контактирует довольно небольшая поверхность. Это означает, что твой вес создает большое давление на лед, причем оно гораздо больше, чем когда ты стоишь на льду в обычной обуви.

Лед обладает одной очень интересной особенностью: он тает под давлением, даже если его температура ниже 0°С. Поэтому, когда ты катаешься на коньках, ты фактически скользишь по тонкому слою только что растаявшей воды, которая тут же замерзает по мере твоего движения!

Сложно поверить, но даже очень стройная модель может испортить пол своими каблуками. Этот факт можно объяснить очень малой площадью каблука, который создает большое давление на поверхность пола. Между прочим, давление такой шпильки гораздо больше давления, создаваемого слоном, если бы он стоял на этом же подиуме.[1]

1. На конце иголки в швейной машине развивается давление до 5000 атмосфер(1атмосфера = 101 325.011Па)

2. Находиться у женщины под каблуком опасно для жизни — ведь давление под набойкой высокого каблука превышает 37 атмосфер, что в два раза больше, чем давление в бытовом баллоне со сжиженным газом.

3. Давление в центре Земли в 3 миллиона раз выше, чем давление в земной атмосфере.

5. Крупные артерии человека могут выдерживать давление в 20 атмосфер

6. Предел Армстронга – это высота над уровнем моря, где давление падает до такой степени, что кровь в человеческом теле закипает (19200 метров над уровнем моря).[7]

2.2. Давление и текучие вещества

С точки зрения физики, газы и жидкости относятся к текучим веществам, т.е. веществам, способным изменять форму в зависимости от сосуда, в котором они находятся. По сравнению с твердыми веществами жидкости и газы несколько иначе реагируют на давление. Например, если взять в руки мяч, его внешний вид вообще не изменится от прикосновения, однако если с силой сжать мяч, то он деформируется. Что касается текучих веществ, то они скорее разольются, чем деформируются. Свойства распределения давления в жидких и газообразных средах исследовались еще с начала XVII века, первым, кто установил законы распределения давления в жидкой и газообразной средах был французский математик Блез Паскаль.

Предположим, что в некоторой жидкости существует прямоугольная призма, один из катетов которой расположен вертикально, а второй – горизонтально. Давление на вертикальную стенку будет равно Р_2, давление на горизонтальную стенку будет Р_3, давление на произвольную стенку будет Р₁. Три стороны образуют прямоугольный треугольник, силы давления, действующие на эти стороны, направлены по нормали к этим поверхностям. Поскольку выделенный объем находится в состоянии равновесия, покоя, никуда не движется, следовательно, сумма сил, на него действующих, равна нулю. Сила, действующая по нормали к гипотенузе, пропорциональна площади поверхности, то есть равна давлению, умноженному на площадь поверхности. Силы, действующие на вертикальную и горизонтальную стенки, так же пропорциональны величинам площадей этих поверхностей и так же направлены перпендикулярно. То есть сила, действующая на вертикаль, направлена по горизонтали, а сила, действующая на горизонталь, направлена по вертикали. Эти три силы в сумме равны нулю, следовательно, они образуют треугольник, который полностью подобен данному треугольнику.[2]

2.3. Открытие Паскаля

Французский математик и физик Блез Паскаль, живший в XVII в., исследовал ряд важных свойств жидкостей и газов.

Он провел очень простой опыт: в закрытую бочку, наполненную водой, вставил длинную узкую трубку. Поднявшись на второй этаж, Паскаль через трубку влил в бочку всего лишь стакан воды. В это трудно поверить, но бочка развалилась на части!

Почему это произошло? Вода в бочке заняла весь объем, и давление воды увеличилось настолько, что бочка лопнула. На основании этого опыта ученый пришел к выводу, что когда на поверхность жидкости или газа оказывается давление, это давление передается без изменения в любую точку жидкости или газа.

На основе изучения этого явления, открытого ученым, были созданы различные приборы и механизмы, в которых используется закон Паскаля. [3]

Закон Паскаля и атмосферное давление:

Проводя опыты с трубкой Торричелли — сосудом, заполненным ртутью — он доказал существование атмосферного давления, подтвердив существовавшие ранее гипотезы. Сам Паскаль писал, что с помощью такого прибора можно было бы узнать, как две разных точки земного шара смещены относительно друг друга. Эти исследования стали важным этапом усовершенствования барометров.

2.4.1 Гидравлический пресс

Практически каждый день мы сталкиваемся с необходимостью перемещать какие-либо предметы. И нет никаких проблем, если вес этих предметов 3—5 или даже 10 кг! А вот что делать, если нужно поднять, например, машину на станции техобслуживания? Вот здесь и приходится прибегать к помощи специальных механизмов. Одним из них является гидравлический пресс. Гидравлический пресс позволяет получить большой выигрыш в силе даже в случае приложения незначительных усилий. Устройство представляет собой два сообщающихся цилиндра разного диаметра. Цилиндры заполняются маслом, водой или любой другой жидкостью. Сверху каждый цилиндр плотно закрыт поршнем.

Согласно закону Паскаля, давление распространяется одинаково по всем направлениям. Поэтому когда мы применяем силу, например, нажимаем на поршень малого цилиндра, то такое же давление передается на второй поршень, и машина поднимается.

2.4.2 Гидравлический домкрат

Гидравлический домкрат — еще один пример применения закона Паскаля в современной технике. Гидравлические домкраты используются для подъема очень тяжелых грузов в различных машинах: бульдозерах, пожарных подъемниках и прочих устройствах для выполнения различных работ на высоте. Гидравлический домкрат тоже состоит из двух сообщающихся цилиндрических сосудов разного диаметра, двух клапанов и подъемной платформы. Сосуды снабжены поршнями и заполнены маслом. При действии силы в узком сосуде создается избыточное давление, которое передается во все точки без изменения. Именно поэтому в широком цилиндре также создается избыточное давление. Под действием силы платформа домкрата поднимается вместе с расположенным на ней грузом.

Системы торможения и открывания дверей в поездах также работают благодаря закону Паскаля [5]

2.5. История гения

Герон Александрийский — греческий математик и механик.

Время жизни отнесено ко второй половине I века н. э. на том основании, что он приводит в качестве примера лунное затмение 13 марта 62 г. н. э. Подробности его жизни неизвестны.

Герона относят к величайшим инженерам за всю историю человечества. Он первым изобрёл автоматические двери, автоматический театр кукол, автомат для продаж , скорострельный самозаряжающийся арбалет, паровую турбину, автоматические декорации, прибор для измерения протяжённости дорог (древний одометр) и др. Первым начал создавать программируемые устройства: вал со штырьками с намотанной на него верёвкой.

В средние века многие из его изобретений были отвергнуты, забыты или не представляли практического интереса, но не смотря на это, об одном из его изобретений сейчас и пойдёт речь. [6]

2.6. Детальное рассмотрение одного из проектов Герона

Древние Арабские рукописи донесли до нас рассказ об удивительных творениях античного изобретателя Герона Александрийского. Одно из них - красивая чудо-чаша в храме, из которой бил фонтан. Нигде не было видно никаких подводящих труб, а внутри — механизмов. Удивительное творение античного изобретателя — вечный фонтан. Где его можно применить в современной жизни?

Устройство фонтана: Каждая емкость фонтана служит для определенной цели. Фонтан Герона начинается с чаши. Она представляет собой миску, наполненную водой, из которой отходит тонкая трубка, направленная в нижнюю емкость. Именно по ней вода начинает свое движение.

Эта емкость пуста. В ней накапливается вода, которая, поднимаясь вверх, создает

давление воздуха, поднимающегося по тонкой трубке, и попадает в верхнюю емкость, наполненную водой. Отсюда воздух выталкивает воду, которая движется по трубке в чашу с водой и создает струю, что видна над поверхностью жидкости. Фонтан Герона может работать очень долго, но емкости приходится менять местами. Потому что нижняя постепенно наполняется водой, а верхняя - воздухом, а значит, перестает создаваться нужное давление.[14,15]

2.7. Принцип действия

Возможно, вы удивитесь, узнав о том, как можно сделать фонтан своими руками. Ведь в этой модели используется пластмасса, а 200 лет назад ее еще не изобрели. Греческий изобретатель использовал стеклянные емкости. Для начала он провел эксперимент. Налил воду в стеклянную бутылку, затем заткнул ее пробкой, в которой проделал отверстие. В это отверстие он вставил трубку, доходящую до дна бутылки. Поставив эту конструкцию на солнце, Герон принялся наблюдать за ней. Солнце начало нагревать бутылку, и вода устремилась по трубочке вверх. Причем, чем сильнее грело солнце, тем больше вытекало воды. Тогда Герон взял увеличительное стекло и направил его на бутылку, чтобы усилить действие солнечных лучей. Нагретая вода высокой струей вырвалась по трубке из бутылки. Это натолкнуло Герона на мысль о том, что вода может двигаться по кругу, поднимаясь из бутылки и возвращаясь в нее.

Тогда он стал думать над тем, как сделать так, чтобы вода самостоятельно возвращалась обратно в емкость.[10,11,15]

является то, что сосуды не надо переставлять или переворачивать. Фонтан работает каждый день без видимых механизмов и подводящих труб, и в любом месте, куда попадают солнечные лучи. Через первый сосуд заполненного водой стеклянный трудно разглядеть внутренние стеклянные сосуды и создается эффект вечного двигателя, который не мог повторить ни один ученный в течение 2000 лет. [12,16,18]

2.8 Польза и вред фонтанов

1.1. Большинство фонтанов с движущейся водой также издают звуки проточной воды. Эти звуки напоминают слушателям о спокойном журчащем ручье, способствующем успокаивающему эффекту. Шумы фонтана также скрывают звуки внешней среды. Этот эффект известен как белый шум и может помочь уменьшить стресс и раздражение, вызванные звуками лающих собак, дорожного движения и шумных телевизоров из соседней квартиры.

1.2. В офисных помещениях фонтаны могут стать местом сбора сотрудников, особенно, если они размещены в комнате отдыха, или украсить зону ожидания или приема посетителей офиса. Специально разработанные водные объекты, включающие логотип или фирменный стиль, служат маркетинговыми инструментами для клиентов или повышают лояльность сотрудников.

1.3. Движущаяся вода фонтана позволяет части воды испаряться в воздух. Это способствует повышению влажности воздуха, устраняя необходимость в увлажнителе. Но есть некоторые конструкции фонтанов, которые охватывают большую часть движения воды, уменьшая испарение.

1.4. Кроме повышения влажности в помещении, он также очищает воздух во всем доме. Со всеми мобильными телефонами, ноутбуками, телевизорами, рассредоточенными по домам, создается среда, полная отрицательных ионов. Комнатные фонтаны уменьшают выброс отрицательных ионов и помогают снизить общее загрязнение воздуха.

2.1. Вода в фонтане может представлять угрозу безопасности. Если водный объект включает в себя открытый бассейн, он должен содержать элементы дизайна, которые предотвращают случайный допуск детей и животных.

2.2. Большие фонтаны могут потребовать специальной страховки покрытия в зависимости от дизайна и местоположения.

2.3. Утечка также представляет угрозу безопасности, так как она может нанести ущерб области вокруг фонтана и нижним этажам. Это возлагает определенную ответственность на владельцев водных объектов.[20]

3. Практическая часть:

3.1 Изготовление фонтана Герона

Материалы: две пластиковые бутылки объемом 0.2л, одна бутылка в 5л, соломинки для коктейля, гвоздь.

Оборудование: газовая плита, ножницы, ножницы, маркер, наждачная бумага, клеевой пистолет (или любой другой водостойкий клей).

Шаг 1. Зачищаем наждачной бумагой пробки от бутылок и склеиваем их клеевым пистолетом. Разогретым на плите гвоздем проделываем два отверстия в склеенных пробках.

Шаг 2. Ко дну бутылки приклеиваем пробку от бутылки в 5л, проделываем тем же гвоздем 2 отверстия и герметизируем всё клеем. (Отрезаем горло 5л бутылки)

Шаг 3. Надрезаем один конец трубки и соединяем её с другой.

Шаг 4. В отверстия на склеенных пробках вставляем 2 трубки. (Короткая должна касаться дна 3 сосуда и выходить из него примерно на середине длины второго. Длинная должна подавать воду из чаши, а значит лишь немного входит в нижний сосуд.)

Шаг 5. Вставляем второй конец длинной трубки в отверстие в дне бутылки так, чтобы он находился почти на дне чаши.

Шаг 6. Во второе отверстие в крышке чаши вставляем трубку, проведя её до дна среднего сосуда так, чтобы другой её конец был примерно на уровне или чуть выше чаши. (при несоответствии длин трубок можно их обрезать или удлинить так же, как и длинную трубку ранее )

Шаг 7. Проклеиваем все стыки и отверстия так, чтобы воздух и вода не проходили сквозь сосуды.

Шаг 8. Собираем все части фонтана вместе

Шаг 9. При необходимости делаем подставку к фонтану для его большей устойчивости

Обрезаем нижнюю часть 1.5 л бутылки. Приклеиваем эту подставку ко дну нижней бутылки фонтана.

Шаг 10. Фонтан готов. Можно приступать к испытанию.[13,14,19]

3.2. Практическое применение фонтана в жизни

- очищение воздуха: фонтан очищает воздух от пыли, рядом с ним даже дышится легче.

- увлажнение: фонтан способен качественно увлажнять воздух, что положительно сказывается на здоровье.

Докажем это на практике. Определим относительную влажность воздуха в помещении.

Для этого я использовал 2 термометра для воздуха. Один из них обвязал кусочком марли, погруженным в воду. Испарение воды с поверхности влажного термометра приводит к понижению его температуры. Второй же, сухой термометр, показывает обычную температуру воздуха.

- Измерил температуру воздуха спиртовым термометром и записал показание. Это показание сухого термометра.

- Плотно обернул головку термометра мокрой марлей, и через 10 минут снял показания мокрого термометра. Он должен быть подвешен так, чтобы его головка ни с чем не соприкасалась.

- Из первой цифры вычел вторую. По разности показаний сухого и влажного термометров определил по психрометрической таблице относительную влажность воздуха.

Показания снимали в течение 7 дней.

Итак, влажность воздуха в среднем за эти дни составила 33%.

Если провести такое определение в день, когда в квартире тепло, а на улице солнечно и стоит легкий морозец, результаты потрясут: в квартире влажность воздуха примерно 28%, а то и ниже - точно такая же, как в пустыне Сахара. Налицо все признаки низкой влажности: шерстяные вещи "стреляют", пыль прилипает к вертикальным поверхностям полированной мебели, белье сохнет мгновенно.

Исследование влажности воздуха с действующим изготовленным в домашних условиях фонтаном.

Фонтан, изготовленный самостоятельно из пластиковых бутылок, работал с 9 часов утра до 21 часа. С 4-мя 5-ю минутными перерывами на перемену местами бутылок, Один цикл работы фонтана длится 20 минут. Результат – достигнута влажность воздуха 50%.

Растения, находящиеся в комнате чувствуют себя просто прекрасно, а вместе с ними и мы.

Было создано несколько фонтанов. Изучено множество литературы о фонтане Герона. Проведены исследования изменения относительной влажности в помещении при использовании самодельных Героновых фонтанов. Эксперимент показал, что фонтаны действительно хорошо справляются со своей работой и качественно увлажняют воздух в помещении.

Читайте также: