Фонтан герона принцип работы кратко и схемы

Обновлено: 05.07.2024

Вода не только успокаивает нервы, но еще и снимает напряжение в теле. Ведь уже давно замечено, что жизнь около воды протекает более размеренно и спокойно. Поэтому, человеку всегда хочется находиться около какого-либо водоема или слышать лёгкое журчание воды.

Сегодня, хотел бы рассказать о фонтане, которому не нужна электроэнергия, а так же он способен работать без каких-либо насосов. Его без затруднений можно сделать своими руками у себя на даче или в квартире, затратив на это не более одного дня.

Изобрел его греческий инженер - Герон Александрийский, поэтому фонтан и назван его именем - фонтан Герона.

Герон Александрийский - великий инженер в истории человечества. В своей жизни занимался механикой, гидростатикой, оптикой. Время жизни примерно вычислено и отнесено к I веку нашей эры, так как в своих трудах он упоминает лунное затмение в 62 г. н.э.

Итак, принцип работы фонтана Герона основан на сообщающихся сосудах, которые особым образом связаны между собой через три ёмкости, образующие замкнутый контур. Это своеобразный пневматический агрегат, который поддерживает струю воды создаваемым избыточным давлением воздуха в замкнутой системе циркуляции жидкости.

Имеется всего три ёмкости, одна из которых - основная чаша фонтана, а две другие - обычные сосуды, расположенные на разных высотах, в зависимости от чего можно регулировать давление, а соответственно и высоту струи. Все ёмкости связываются между собой гибкими шлангами согласно двух иллюстраций (см. рисунки).

Безусловно, все соединения должны быть герметичны, чтобы обеспечить высокий КПД, иначе не будет достигнуто необходимого давления в сообщающейся системе. При первом наполнении фонтана важно вытеснить все воздушные пробки из шлангов.

Принцип работы

Вода из основной чаши опускается и создает давление в нижнем сосуде, где вытесняет воздух, который, в свою очередь, создает избыточное давление в среднем сосуде и вода стремится наверх через трубку, образуя фонтан.

Если Вам интересен опыт, то Александр Пушной в одном из видеороликов передачи "Галилео" подробно проделывает этот эксперимент:

На самом деле, можно достигать удивительных эффектов с помощью законов физики. И данный фонтан этому - явное доказательство. Попробуйте сделать и удивитесь, это очень просто!

Как сделать фонтан Герона фото

Фонтан Герона: как он работает

Если бросаться умными терминами, то в основу работы фонтана Герона положен принцип гидропневматики – работу по выталкиванию воды вверх струей производит воздух и сама жидкость. Естественно, дело здесь не обходится без гравитации, благодаря которой в системе фонтана создается необходимое давление. Такой фонтан состоит минимум из трех емкостей.

Чаша. Назовем ее точкой отсчета – стартом, с которого жидкость начинает свое движение в системе фонтана Герона. Это обычная открытая емкость, изготовленная по типу миски или тарелки. Из нее по тонкой трубке вода поступает в пустую емкость, расположенную в самом низу фонтана.
Нижняя пустая емкость. Она служит для достижения двух целей. Во-первых, стекающая с чаши вода сжимает содержащийся в ней воздух и тем самым создает давление, необходимое для выталкивания воды струей вверх. И, во-вторых, в ней собирается вода, которая создает это давление (то есть та, которая стекает вниз). Здесь она и остается до следующей перезарядки фонтана.
Верхняя емкость – в заряженном состоянии она с водой. Именно эта жидкость и выталкивается наружу в виде тонкой струи воды. Выталкивается она благодаря сжатому воздуху – давлению, образовавшемуся в нижней колбе. Этот воздух по тонкой трубке поступает в верхнюю колбу, вытесняя оттуда жидкость, которая изливаясь фонтанчиком, снова попадает в чашу, откуда, опять-таки, стекает в нижнюю колбу.

Фонтан Герона: принцип действия фото

Как вы понимаете, такой фонтан будет работать до тех пор, пока не израсходуется жидкость в верхней емкости – после этого требуется перезарядка, благодаря которой эта система не имеет ничего схожего с вечным двигателем или бесконечным источником энергии. Перезарядка фонтана Герона производится элементарно просто – полная колба (та, которая была нижней) устанавливается вместо пустой тары, установленной сверху, которая, в свою очередь, ставится вместо полной емкости. После перезарядки фонтан необходимо будет запустить – в верхнюю чашу понадобится добавить немного воды.

Как видите, все достаточно просто, и не исключением является даже принцип изготовления фонтана Герона своими руками. В элементарном варианте он собирается из пластиковых бутылок и прозрачных трубочек – естественно, нужна будет чаша, установочная конструкция и различные мелочи, с которыми мы разберемся по ходу изучения вопроса, как сделать фонтан Герона своими руками?

Как сделать фонтан Герона: особенности сборки

Итак, принцип действия фонтана Герона понятен, теперь остается разобраться с тонкостями и вариантами его сборки. Различных конструкций существует несколько.

Фонтан Герона фото

В принципе, это и вся система фонтана Герона. Единственное, что здесь необходимо добавить, так это уточнить несколько деталей. Во-первых, вся система должна иметь исключительную герметичность – должно присутствовать всего несколько открытых мест (слив из чаши и сопло фонтана). Ну и, во-вторых, высота струи этого фонтана напрямую зависит от расстояния между верхней и нижней емкостями – все это дело придется самостоятельно настроить по своему усмотрению.

Как сделать фонтан Герона: что можно усовершенствовать

Говорят, что совершенству нет предела, и практически любую вещь можно модернизировать до бесконечности – это не совсем так, но тем не менее возможность усовершенствования любого изделия практически всегда имеется. Фонтан Герона в этом отношении не является исключением – модернизировать в нем можно много чего.

Принцип работы фонтана Герона фото

В общем, несмотря на то, что в целом фонтан Герона является весьма продуманным изделием, место для его усовершенствования все же имеется и предела этому месту, судя по всему, нет. В заключение темы остается добавить, что по описанному выше принципу можно изготовить достаточно много разнообразных систем, начиная от небольших опытных моделей фонтанов, до огромных рабочих моделей. С последними, правда, возникает проблема перезарядки, решить которую без насоса или других хитроумных приспособлений современности весьма и весьма сложно.

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.

Во второй части первого века в Александрии жил уникальный ученый Герон, создавший приспособления, которыми пользуется человечество по сей день. Точных свидетельств о жизненных событиях александрийского вундеркинда историки не запечатлели.

Чем запомнился Герон Александрийский

Его знания опираются на труды Архимеда. Герон лично описал полное лунное затмение, произошедшее 13 марта 62 года. К его творениям относятся: создание арбалета с самостоятельной зарядкой, автоматически открывающихся дверей, собрал кукольный театр, работающий автоматически.

Изобретенные умельцем работы говорят о том, что это был талантливый инженер, внесший очень важную лепту в развитие всего человечества.

Герон увлекался точными науками. Его учителями, которых он упоминал в своих записях, были Евклид, Ктесибия и Архимед.

Огромным вкладом в развитие всех точных наук на планете являются его книги, в которых Герон Александрийский отразил не только собственные творения, но и изобретения его современников.

Труды мыслителя, дошедшие до нашего времени, систематизируют знания того времени в таких областях, как механика, автоматопоэтика, метрика и другие.

Много работ генератора мудрых мыслей посвящены теме оптики. Александрийский вундеркинд исследовал преломление световых лучей. Знаменитый первооткрыватель смог объяснить их прямолинейность. Также мыслитель делал предположения об огромной скорости лучей, способности распространяться. Проводил опыты по отражению в зеркале и преломлениях.

Математике Герон уделял особое внимание. Его труду относится характеристика геометрических фигур. Всем школьникам знакома теорема Герона о площади прямоугольного треугольника. Все без исключения находили площадь треугольной фигуры по полупериметру с тремя сторонами.

Очень много описаний формул присутствует в его работах. Однако по какой-то причине не было доказательств их. Может быть в связи с этим пользование новинками не находило отклик среди современников.

Вся тяжелая работа совершалась рабами, а труды изобретателя не были по достоинству оценены.

Среди выдающихся изобретений Герона Александрийского существует автоматическая лампа. В древнем мире помещения освещали масляными лампами с горящим фитилем из ткани. Проблема была в частом подливе масла из-за быстрого сгорания. Мастер добавил к лампе зубчатое колесико, через которое добавлялся фитиль, и поплавок, указывающий на выгорание масла.

Как работает Фонтан Герона

Принцип работы этой системы основывается на гидропневматике. Выполняет работу двигателя воды в фонтане жидкость и сжатый воздух.

Весь процесс распределяется на три зоны:

Чаша, будем считать ее началом движения, в результате которого струя воды будет фонтанировать в верх. Представляет собой форму большого блюдца из которой по узкой трубочке вода стекает в самую нижнюю часть всей фонтанообразующей системы.
По трубочке вода перемещается в низменное пустое хранилище, где попадает под давление воздуха, сжимается, наполняется. В таком состоянии все большей сжатости, вода находится до перезарядки фонтана.
Накопив в себе давление до нужного состояния, вода выпрыскивается наверх из второго хранилища в форме небольшой струйки. Продолжая свой путь струя наполняет верхнюю чашу и снова попадает в низ.

Действие фонтана продолжится долго. Его можно остановить только путем осушения чаши. Причем при добавлении воды смене емкостей, он снова начнет работать.

соблюдении условий движения воды.
В самом простом варианте, можно собрать его из пластиковых бутылок и трубок.

Фонтан из пластиковых бутылок

Основываясь на опыте Герона при создании фонтана, также разделим работу на части. Для создания увеличения давления воспользуемся тремя колбами-емкостями.

Созданный из пластиковых отходов фонтан, периодически придется перезагружать, меняя местами нижние емкости наполненную с пустой. Однако эти затраты оправдают ожидание радости, полученной от собственного фонтанирующего водоема.

Вам пригодятся следующие инструменты и предметы: ножницы, плоскогубцы, капельницы, четыре пятилитровые бутылки, нож, маркер, термоклей.

Желательно создание высокой струи. На это влияет расстояние отделяющее чашу от уровня емкости внизу. Чем больше расстояние, тем сильнее создается давление в системе. Однако, если все равно получается слабая струя, то лучше добавить еще две бутылки.

Итак, в идеале в домашних условиях системы фонтанирования, лучше запустить два потока стекания воды в две бутылки параллельно, которые путем вытеснения воздуха из пустых бутылок будут выплескивать струи в чашу.

В настоящее время нас не удивить эффектами, но индивидуальная подсветка пожалуй сможет это сделать. В таком подходе самым простым будет подключение к сети, но не самым безопасным.

Выходом для уникального освещения будет солнечная батарея или создаваемая потоком воды электростанция.

Спустя тысячелетия, человечество не забыло своего славного механика. С благодарностью вспоминаем имя этого уникального человека, оставившего после себя гениально простые изобретения.

Имя Герона Александрийского в числе самых знаменитых людей планеты. В подтверждении этого, Международный астрологический союз внес имя Герона Александрийского на участок обратной стороны Луны, назвав его именем кратер.

Читайте также: