Публікація на сайті

fontan_gerona.jpg
Тематика проекту: 
Фізика
Автор проекту: 
Щур Орина
Керівник проекту: 
Лашкул Тетяна Іванівна
Найменування навчального закладу: 
КриворізькийНВК №35 «Загальноосвітня школа І-ІІІ ступенів – Багатопрофільний ліцей «ІМПУЛЬС»
Клас: 
5

У готовому дослідницькому проекті з фізики на тему "Фонтан Герона як засіб для збільшення вологості повітря" автором була поставлена і досягнена мета вивчити принцип роботи фонтану Герона, дослідним шляхом довести доцільність використання фонтану в якості зволожувача повітря.

Детальніше про роботу:


Учнівський дослідницький проект з фізики "Фонтан Герона як засіб для збільшення вологості повітря" містить розгорнуте обґрунтування поняття "атмосферний тиск", а токож розповідає, як і коли створили Фонтан Герона, дає його характеристику та вивчає, яким чином відбувається зволоження повітря при використанні конструкції фонтану.

У процесі виконання дослідницької роботи з фізики "Фонтан Герона як засіб для збільшення вологості повітря" автором було досліджено будову фонтану та принцип його дії, а також проведена практична робота, під час якої було виготовлено фонтан Герона та перевірено його застосування з метою зволоження повітря у приміщенні.

Зміст

Вступ
1. Атмосферний тиск.
2. Будова фонтану.
3. Принцип дії фонтану.
4. Виготовлення фонтану Герона.
5. Практичне застосування фонтану.
Висновок
Список використаних джерел
Додатки

Вступ


Стародавні Арабські рукописи донесли до нас розповідь про дивовижні твори античного винахідника Герона Олександрійського.

Одне з них — красива диво-чаша в храмі, з якої бив фонтан. Ніде не було видно ніяких підвідних труб, а всередині — механізмів. Дивовижне творіння античного винахідника Герона Олександрійського – вічний  фонтан.

Де його можна застосувати в сучасному житті?

Актуальність роботи: використання фонтану в якості зволожувача повітря.

Мета дослідження: вивчити принцип роботи фонтану Герона, дослідним шляхом довести доцільність використання фонтану в якості зволожувача повітря.

Завдання дослідження:

  • Вивчити літературу про фонтан Герона;
  • Вивчити принцип його роботи;
  • Виготовити фонтан Герона;
  • Знайти практичне застосування в житті;
  • Провести вимірювання вологості повітря в кімнаті з фонтаном та без, і порівняти результати.

Об’єктом дослідження є власний фонтан Герона.

Атмосферний тиск

Земля покрита повітряною оболонкою, яка називається атмосферою. У перекладі з грецької "атмос" - пара, повітря, "сфера" - куля.

Атмосфера простягається на висоту кілька тисяч кілометрів, складається з молекул різних газів (азот, кисень, вуглекислий газ), які не мають власної форми і постійного об'єму[1].

На повітря, як і всяке тіло, що знаходяться на Землі, діє сила тяжіння, і, як наслідок, повітря має вагу. Верхні шари повітря стискають нижні шари, тобто чинять на них тиск відповідно до закону Паскаля, однаково у  всіх напрямках [2]. Кожен шар атмосфери відчуває тиск з боку всіх верхніх шарів, а отже, земна поверхня і тіла, що знаходяться на ній, відчувають тиск всієї товщі повітря, або, як зазвичай кажуть, відчувають атмосферний тиск, і, відповідно до закону Паскаля, цей тиск передається однаково по всіх напрямах.[3] Атмосферний тиск – тиск, що чиниться атмосферою Землі на всі розташовані на ній предмети. Існуванням атмосферного тиску можна пояснити багато явищ, дію багатьох медичних інструментів.

Розглянемо як набирають рідину в шприц:

  • натискають на поршень шприца, видавлюючи повітря;
  • голку шприца опускають в рідину;
  • поршень піднімають, за ним піднімається рідина.

Пояснення цьому явищу дуже просте, коли опустили поршень, між ним і рідиною утворився простір, тиск якого менше атмосферного. В результаті цього під дією атмосферного тиску рідина піднімається за поршнем.

Будова фонтану


Кожна ємність фонтану служить для певної мети.

Фонтан Герона починається з чаші. Вона являє собою миску, наповнену водою, з якої виходить тонка трубка, спрямована в нижню ємність. Саме по ній вода починає свій рух. Ця ємність порожня.

В ній накопичується вода, яка, піднімаючись вгору, створює тиск повітря, що піднімається по тонкій трубці, і потрапляє у верхню ємність, наповнену водою. Звідси повітря виштовхує воду, яка рухається по трубці в чашу з водою і створює струмінь, що видно над поверхнею рідини.

Фонтан Герона може працювати дуже довго, але ємності доводиться міняти місцями. Тому що нижня поступово наповнюється водою, а верхня - повітрям, а отже, перестає створюватися потрібний тиск. (Додаток А)

Принцип дії фонтану

Можливо, ви здивуєтеся, прочитавши зараз про те, як можна зробити фонтан своїми руками. Адже в цій моделі використовується пластмаса, а 200 років тому її ще не винайшли.

Грецький винахідник використовував скляні ємності.

Для початку він провів експеримент. Налив воду в скляну пляшку, потім заткнув її пробкою, в якій зробив отвір. У цей отвір він вставив трубку, що доходить до дна пляшки. Поставивши цю конструкцію на сонці, Герон почав спостерігати за нею. Сонце почало нагрівати пляшку, і вода почала підійматися по трубці вгору. Причому, чим сильніше гріло сонце, тим більше витікало води.

Тоді Герон взяв збільшувальне скло і направив його на пляшку, щоб посилити дію сонячних променів.

Нагріта вода високим струменем вирвалася по трубці з пляшки. Це наштовхнуло Герона на думку про те, що вода може рухатися по колу, піднімаючись з пляшки і повертаючись до неї.

Тоді він став думати над тим, як зробити так, щоб вода самостійно поверталася назад у ємність.

Фонтан Герона складається з трьох скляних посудин – зовнішній, середній і внутрішній, поміщених одна  всередині іншої. Зовнішня посудина має форму відкритої чаші, в яку наливається вода, так що вода приховує дві посудини склеєних між собою таким чином, щоб утворився вакуум і термоізоляція між водою з першої посудини і повітрям в третій посудині. Також третя посудина є робочою ємністю.

У посудині знаходяться два отвори – зверху, куди щільно вставляється трубка,  до дна посудини і знизу, де розташований клапан. Вода з зовнішньої посудини, під атмосферним тиском, через клапан надходить у внутрішню, третю посудину і стискає повітря, що знаходиться між трубкою і зовнішніми стінками посудини, до тих пір поки не вирівняється атмосферний тиск в першій посудині і тиск повітря в третій посудині.

Сонячні промені проходять через першу і другу посудини, які утворюють водяну лупу (дві скляні лінзи наповнені водою), посилюються і через вакуум між другою і першою посудинами нагрівають стінки третьої посудини і повітря в ній. Повітря в третій посудині розширюється і виштовхує воду з неї по трубці, утворюючи фонтан.

Рівень води в першій посудині підвищується і відповідно підвищується атмосферний тиск води в першій посудині, таким чином, як тільки порушується рівність атмосферного тиску в першій посудині і тиску повітря в третій посудині, вода через клапан надходить в чашу, охолоджує і стискає повітря в третій посудині, процес повторюється.  Таким чином, в даному винаході, енергія сонячних променів перетворюється в рух води.

Перевагою є те, що посудини не треба переставляти або перевертати. Фонтан працює щодня без видимих механізмів і підвідних труб, і в будь-якому місці, куди потрапляють сонячні промені. Через першу посудину заповнену водою важко розгледіти внутрішні скляні 6 судин і створюється ефект вічного двигуна, який не міг повторити жоден вчений протягом 2000 років. (Додаток Б)

Виготовлення Фонтану Герона

МАТЕРІАЛИ: пластикова пляшка (2 л) і дві пляшки від питного йогурту; соломинки для коктейлю; стрижень від гелієвої ручки; трубка крапельниці, коннектори від крапельниці (можна замість них використовувати відрізки від гелиевого стрижня); цвях, ковпачок від клею.

ОБЛАДНАННЯ: спиртівка, ніж, плоскогубці, ножиці, маркер, наждачний папір, клейовий пістолет (або будь-який інший водостійкий клей).

Інструкція:

Крок 1. Зачищаємо наждачним папером пробки від пляшок і склеюємо їх клейовим пістолетом. Розігрітим на спиртівці цвяхом проробляємо два отвори в склеєних пробках. Вставляємо в отвори коннектори від крапельниці.

Крок 2. До дна пляшки від йогурту приклеюємо пробку від 2 л пляшки. Проробляємо в ній два отвори гарячим цвяхом.

Крок 3. В отвори вставляємо трубку від крапельниці (~40 см) і соломинку без гофрованої частини. Подовжуємо соломинку з іншого боку, щоб вона діставала до шийки пляшки. В кінець трубки від крапельниці вставляємо відрізок стрижня від гелієвої ручки для жорсткості і герметизуємо щілини навколо обох трубок клеєм.

Крок 4. Вставляємо другий кінець трубки від крапельниці до центрального коннектора в склеєних пробках. До другого коннектора приєднуємо трубочку від коктейлю. Обрізаємо кінець трубочки, щоб вона діставала до дна пляшки.

Крок 5. Відрізаємо від 2 л пляшки верхню частину і приєднуємо її до приклеєної пробки.

Крок 6. Виготовляємо з відрізка трубки від крапельниці і сполучної частини гелієвого стрижня (або ковпачка від клею) сопло для нашого фонтану. Приєднуємо сопло до жовтої трубочці за допомогою коннектора від крапельниці і відрізка помаранчевої трубочки. Головне призначення сопла-отримання тонкого високого струменя. Можна обійтися і обрізком трубочки від крапельниці без сопла – тоді вода з фонтану буде просто виливатися вниз як водоспад.

Крок 7. Приєднуємо до другої сторони подвійний пробки трубочку до центрального коннектора.

Крок 8. Збираємо всі частини фонтану разом.

Крок 9. При необхідності робимо підставку до фонтану для його більшої стійкості. Обрізаємо нижню частину 2 л пляшки. Приклеюємо цю підставку до дна нижньої пляшки фонтану.

Крок 10. Фонтан готовий. Можна приступати до випробування. (Додаток В) [6, 16, 19] 7

Практичне застосування Фонтану Герона в житті


Важливим фактором, який визначає комфортність мікроклімату приміщення, є вологість повітря. Оптимальний рівень вологості повітря для людини, його домашніх тварин і кімнатних рослин становить 40 – 60 %. Зокрема, під час опалювального сезону в квартирах вологість повітря становить, в середньому 22%. Це дуже негативно відбивається на здоров'ї людей.

Одним із способів це виправити - це використовувати зволожувачі, до яких можна віднести і фонтани. Вони мають не тільки естетичне значення, але і практичне. А саме:

  • очищення повітря: фонтан очищає повітря від пилу, поруч з ним навіть дихається легше.
  • зволоження: фонтан здатний якісно зволожувати повітря, що позитивно позначається на здоров'ї.

Доведемо це на практиці. Визначимо відносну вологість повітря в приміщенні. Для цього я використовувала 2 термометра для повітря. Один з них обв'язала шматочком марлі, зануреним у воду. Випаровування води з поверхні вологого термометра призводить до зниження його температури. Другий же, сухий термометр, показує звичайну температуру повітря.

Хід роботи:

  • виміряла температуру повітря ртутним термометром і записала показання. Це показання сухого термометра.
  • Щільно обернула головку термометра мокрою марлею, і через 10 хвилин зняла показання мокрого термометра. Термометр повинен бути підвішений так, щоб його головка ні з чим не стикалася.
  • З першої цифри вирахувала другу. По різниці показань сухого і вологого термометрів визначила по таблиці відносну вологість повітря. (Додаток Г) Показання знімали протягом 7 днів.

Отже, вологість повітря в середньому за ці дні склала 33%. Якщо провести таке визначення в день, коли в квартирі тепло, а на вулиці сонячно і є легкий морозець, результати вразять: в квартирі вологість повітря приблизно 25%, а то й нижче - точно така ж, як у пустелі Сахара. В наявності всі ознаки низької вологості: вовняні речі "стріляють", пил прилипає до вертикальних поверхонь полірованих меблів, білизна сохне миттєво.

Дослідження вологості повітря з діючим виготовленим в домашніх умовах фонтаном.

Фонтан виготовлений самостійно з пластикових пляшок, працював з 9 години ранку до 21 години. З 10 хвилинною перервою на зміну місцями пляшок, Один цикл роботи фонтану триває 40 хвилин. Результат – досягнута вологість повітря 50%.  Рослини, що знаходяться в кімнаті відчувають себе просто прекрасно, а разом з ними і ми.

Висновки

  • Вологість в кімнаті збільшується, в середньому, в опалювальний сезон на 5%;
  • вологість, збільшуючись, благотворно впливає на самопочуття і тонус людини, підтверджено дослідженнями вчених;
  • поліпшується екологічна обстановка в кімнаті, тому що Кімнатні рослини ростуть краще і дають більше кисню.

Висновок: Фонтан Герона – велике відкриття. Його систему можна використовувати в побуті і в наукових презентаціях. Це відкриття допомогло поліпшити життя деяких людей.

В ході дослідження виявлено, що найбільш підходящими за конструктивними особливостями для розташування в квартирі є Геронові фонтани. Створені моделі фонтанів.

У дослідницькій роботі наводяться рекомендації та інструкції для самостійного створення фонтану у себе вдома для поліпшення кліматичної обстановки і стану здоров'я людини в цілому.

Таким чином, мною були виконані наступні завдання:

  • Вивчена література про фонтан Герона;
  • Вивчено принцип його роботи;
  • Виготовлений фонтан Герона;
  • Знайдено практичне застосування в житті, а саме, фонтан Герона є прекрасним засобом для збільшення вологості повітря.

Список джерел

  1. Успіхи фізичних наук Є. І. Несіс 1965 Грудень тому 87 випуск 4.
  2. Гальперштейн Л. Весела Фізика: учб.посібник / Л. Гальперштейн , 1993. – 255 с.
  3. Перельман Я. І. Цікава фізика / Я. І. Перельман– М.: Центрполиграф, 2010 р.

Додаток А. Схема фонтану Герона

фонтан 1

Додаток Б. Принцип дії

фонтан 2

Додаток В. Виготовлення фонтану

фонтан 3

фонтан 4

фонтан 5

Додаток Г. Таблиця вимірювань

День Без фонтану З фонтаном
tc tв Δt φ% tc tв Δt φ%
1 18 9 9 27 17 11 6 47
2 20 12 8 37 15 10 5 52
3 19 10 9 29 16 11 5 54
4 22 14 8 40 16 10 6 46
5 21 13 8 39 12 7 5 48
6 19 10 9 29 14 9 5 51
7 13 6 7 31 17 12 5 55
Середнє значення вологості 33 50
Психрометрична таблиця

фонтан 6


Якщо сторінка Вам сподобалась, поділіться у соціальних меражах:

Банер сайту

Будемо вдячні, якщо встановите на своєму сайті наш банер!

Сайт Обучонок містить дослідницькі роботи і творчі проекти учнів шкіл України, теми дослідницьких робіт, проектів і міні-проектів з різних предметів, правила і вимоги оформлення.

Банер нашого сайту
Код банера:
<a href="https://obuchonok.com.ua/" target="_blank"> <img src="https://obuchonok.com.ua/obuchua.gif" width="88" height="31" alt="Обучонок - дослідницькі роботи і творчі проекти учнів України"></a>

Інші банери...

Статистика