Проект по физике на тему: "Физика в архитектуре. Фонтаны" (10 класс)

Паспорт проекта

название проекта	Физика в архитектуре. Фонтаны.
название учебного заведения;	Муниципальное общеобразовательное учреждение                                           «Средняя общеобразовательная школа  №2 г. Ершова Саратовской области имени Героя Советского Союза Зуева М. А.»
сведения о руководителе и исполнителях проекта;	Руководитель: Учитель физики Звягинцева Любовь Анатольевна.                                                                     Исполнитель: Бугрова Анастасия Алексеевна
цель и задачи проекта;	Цель: Доказать тесную связь архитектуры фонтанов с физическими законами. Задачи: 1.Используя различные информационные источники, расширить свои теоретические знания о значении физики в архитектуре. 2.Определить область проявления и учета основных  законов физики в архитектуре фонтанов. 3.Изготовить модель фонтана.
учебный предмет;	Физика
актуальность и значимость проекта;	Актуальность: Я выбрала эту тему, потому что мне стало интересно, как возводились архитектурные сооружения,  какие технологии строительства использовались и как физика связана с архитектурой. Меня всегда интересовал вопрос, как работает фонтан, как и почему жидкость поднимается вверх. Ещё интересно было узнать, историю фонтанов, как они устроены, какие фонтаны бывают. Значимость: Мой проект можно использовать на уроках физики для демонстрации использования сообщающихся сосудов и для создания хорошего микроклимата в помещении.
ожидаемые результаты;	Физика оказывает огромное влияние на развитие архитектуры фонтанов
продукт;	Самодельный фонтан Герона
этапы, сроки работы над проектом,	Сентябрь – выбор темы и оформление паспорта; Октябрь – формирование индивидуальной папки материалами проекта в электроном виде;                             Ноябрь – оформление проекта и продукта проекта; Декабрь - подготовка  презентации

Дневник учащегося, выполняющего проектную работу в 10(11) классе

1.                       Бугрова Анастасия Алексеевна
ФИО учащегося, выполняющего проектную работу

2.                      Физика в архитектуре

3.                      Тема проекта

4.                      Звягинцева Любовь Анатольевна учитель физики
ФИО руководителя проекта, должность

5.                       ___________________________________________
ФИО консультанта ( если есть) проекта, должность

6.                      План работы над проектом

№	Содержание	Сроки	Отметка о выполнении
1	Выбор темы и оформление паспорта	Сентябрь	+
2	Формирование индивидуальной папки	Октябрь	+
3	Оформление проекта в печатном виде	Ноябрь	+
4	Оформление продукта проекта	Декабрь	+
5	Подготовка к презентации	Январь	+
6	Защита проекта	Февраль	+

VII Региональный конкурс «Истина где-то рядом»

Номинация «Новая жизнь сломанной игрушки»

Проект

«Физика, фонтаны и архитектура»

Выполнила

Бугрова Анастасия

Ученица 10 класса

МОУ «СОШ № 2 г. Ершова

Саратовской области»  имени

Героя Советского Союза Зуева М.А.

Руководитель проекта

Звягинцева Л. А.,

Учитель физики

2020 г.

Содержание

1. Актуальность
2. Виды архитектуры
3. История фонтанов

3.1.  Петергофский фонтанный комплекс

3.2.  Известные достопримечательности Саратова

4. Как устроен фонтан?
5. Принцип работы фонтана
6. Фонтан Герона и его изготовление
7. Литература

Актуальность

В  городе Ершове  осенью 2020 года состоялось долгожданное событие - открылись фонтаны на пешеходной зоне Интернациональной улицы и на площади Кузнецова. Это удивительное зрелище притягивает своей красотой и никого не оставляет равнодушным. Меня заинтересовало, как можно заставить струю воды подниматься вверх, как работает фонтан, и какие законы физики объясняют это явление. В школьной библиотеке я познакомилась с историей возникновения первых  фонтанов. Меня очаровал удивительный мир известных фонтанов  Петербурга, особенно удивили фонтаны Саратова.  В журнале «Юный техник» меня заинтересовала модель фонтана – автомата, сделанная из старых пластмассовых кубиков, которыми я любила играть в детстве. Оказалось, что сделать такой фонтан очень сложно. В интернете узнала о фонтане Герона Александрийского и попробовала изготовить его в домашних условиях. Фонтаны являются замечательными творениями рук выдающихся мастеров, которые являются достопримечательностями городов, имеют  необычный дизайн, доставляют эстетическое удовольствие человеку от разнообразия струй, капель воды в сочетании с цветом и музыкой. Они дарят радость, прохладу, напоминают о выдающихся событиях в истории и способствуют сохранению нашего здоровья. Фонтан — это лекарство от стрессов и городской суеты, место для полноценного отдыха и самосозерцания.

Цель:

Изготовить   фонтаны  из старых пластмассовых кубиков и пластиковых бутылок в домашних условиях.

Задачи:

1. Используя различные информационные источники, расширить  теоретические знания о сообщающихся сосудах и выяснить значение физики в архитектуре фонтанов.

2. Сделать модель фонтана, изучив законы физики.

Гипотеза: архитектура  связана с физическими законами  и не может существовать без нее.

Методы и методики: изучение различных информационных источников; анализ и синтез материала; фотонаблюдения.

Архитектура — искусство и наука строить, проектировать здания и сооружения, а также сама совокупность зданий и сооружений, создающих пространственную среду для жизни и деятельности человека.

Существует несколько основных разделов архитектуры, среди которых можно назвать:

1.      Градостроительство — проектирование отдельных районов города и устройство архитектурного облика всего города в целом.

2.      Дизайн интерьера — этот вид деятельности архитектора предусматривает работу по оформлению внутреннего пространства помещений для создания уютной, функциональной и гармоничной обстановки.

3.      Малые архитектурные формы — вид архитектуры, занимающейся изготовлением небольших декоративных или мемориальных объектов. Это могут быть ограды, памятники, фонари городского уличного освещения, стенды для размещения рекламы.

4.      Архитектура ландшафта — этот вид предусматривает устройство парков, садов, водоемов и других объектов ландшафта и растительности. Ландшафтный архитектор выполняет работы по озеленению микрорайонов в городе, приусадебных участков, а также садов и парков.

Фонтаны – важные элементы садово-парковой планировки,  они играют основную роль в создании общей живописной панорамы парка, формируя цельный, гармоничный художественный образ объекта. Большое значение для современных и исторических садово-парковых ландшафтов имеют декоративные фонтаны.

История фонтанов

Первые фонтаны возникли в Древнем Египте не столько для красоты, сколько для полива выращиваемых культур и декоративных растений.  В эпоху Средневековья фонтаны использовались  как источники водоснабжения – для полива и питья. С началом Эпохи Возрождения  они становятся частью архитектурного ансамбля, его ярким акцентом, а порой главным элементом. На помощь к природным источникам пришли насосы и вместо подземных ключей на римских холмах забили фонтаны. Постепенно новые веяния в архитектуре распространялись по всей Европе.

Петергофский фонтанный комплекс

Петергофский фонтанный комплекс считается самым изысканным и роскошным в мире. Созданный почти 300 лет назад он стал одним из главных украшений бывшей загородной резиденции русских царей. Каждый из фонтанов уникален по форме и даже по рисунку струй. Для устройства фонтанов использован естественный рельеф местности со значительным уклоном в сторону морского побережья. От родников, расположенных в 20 километрах от Петергофа, вода по специально прорытым каналам поступает в пруды-водосборники и оттуда по подземным трубам устремляется к каскадам  фонтанов Нижнего сада. Первый канал (Старо-Петергофский) длиной в 24 км, шириной более шести и глубиной более двух метров был прорыт по проекту талантливого русского инженера-гидравлика Василия Туволкова в 1721 году, устроен водовод, сделаны шлюзы и сооружена  система питания фонтанов без использования насосов, действующая по принципу сообщающихся сосудов. В годы Великой Отечественной войны фонтанный комплекс получил тяжелейшие повреждения. Восстановленный водовод обеспечивает ежедневное бесперебойное действие фонтанов даже в засушливые годы. 

Самое грандиозное водное сооружение Петергофа — Большой каскад включает в себя 64 фонтана, большой грот и 225 разнообразных скульптур. Вода струится по трём каскадам в виде лестниц со ступенями. Его центральная фигура – Самсон раздирающий пасть льва. Каскад символизирует выход Российской державы к Балтийскому морю. Строительство фонтанной группы длилось больше 20 лет по эскизам, разработанным Петром I. Первоначальную фигуру статуи Самсона отлили по модели скульпторов Растрелли и Козловского, но в ходе войны она была утрачена и восстановлена в 1947 году мастерами Симоновым и Михайловым.

Самсон на фоне Большого каскада

Фонтан-шутиха в Монплезирском саду

Забавное и оригинальное украшение Нижнего сада – фонтаны-шутихи, около них всегда многолюдно. Принцип работы  основан на внезапности. При попытке подойти ближе определенной черты внезапно начинают бить водяные струи.

Фонтаны  Саратова

Центральный цветомузыкальный фонтан  притягивает жителей района Солнечный на бульваре Героев Отечества, светомузыкальный с круглой чашей диаметром 12 метров и возможностью воспроизводить 30 мелодий стал достопримечательностью и любимым местом отдыха и прогулок жителей.

Фонтан в Крытом рынке

Крытый рынок – старейший саратовский рынок, одна из главных достопримечательностей города, он является памятником архитектуры федерального значения.

В середине здания Крытого рынка, под центральным куполом стоит фонтан, в центре которого установлена бронзовая скульптура "Колхозницы" с фигурами двух девушек-крестьянок. О существовании фонтана уже 1926 году говорит статья в Саратовской газете.

Фонтан "Мелодия"

Фонтан "Мелодия"– самый грандиозный и один из старейших фонтанов Саратова, расположен проспекте Кирова главной пешеходной улице города. Фонтан управляет изменением высоты водяных струй, формируя постоянно меняющиеся водяные композиции синхронно с изменением звука и света.

Фонтан "Стерлядь"

В память победы над Наполеоном в августе 1815 года был заложен в центре Саратова собор Александра Невского. В марте 1824 года Саратовская Городская Дума приняла решение об устройстве около собора бульвара "с посажением липок и с приличной огородкою ".

В 1991 году сад был возведен в ранг памятника природы областного значения.

Всем известный фонтан расположен в парке Липки недалеко от главного входа со стороны площади Чернышевского.

Фонтан "Одуванчик"

Когда фонтан работает, он и в самом деле напоминает большой одуванчик, а его струи создают шапку одуванчика из воды. "Охраняют " фонтан от посягательств фигуры традиционных цирковых животных : медведя, льва,слона и морского льва. Дрессированными обезьянки и танцующие медведи часто выступали со своими хозяевами на ярмарках в 18-19 веках, не зря же застывший в бронзе медведь одет в коротенькую юбочку. Идею "Одуванчика" в начале семидесятых годов прошлого века привез из Австралии тогдашний директор цирка Иосиф Дубинский. А построен фонтан был в 1972 году. Талантливый саратовский конструктор и инженер Геннадий Егоров вложил всю душу в его техническую разработку.
Фонтан, ставший любимым местом прогулок и свиданий, окружён ухоженными клумбами, на удобных скамейках саратовцы и гости города могут отдохнуть, а дети с удовольствием катаются вокруг «Одуванчика» на забавном миниатюрном паровозике.

Фонтан "Сердце Волги"

Этот фонтан является единственным в России плавающим светомузыкальным фонтаном. В 40 метрах от берега на понтоне установлен фонтан,  который состоит из 13 водных струй, подсвеченных разноцветными прожекторами, с высотой центральной струи от 30 до 60 метров, наклонные - 14 метров.

Фонтан светозвуковой: подсветка с помощью RFB-прожекторов, для обеспечения качественного звука на стенке набережной закреплены 18 динамиков. 3 режима работы: статический, динамический и музыкальный.

Фонтан в г. Ершове Саратовской области - открыт 31 октября 2020 года

Как устроен фонтан?

Фонтан – устройство, в котором вода бьет из источника, попадает в чашу

кого-либо вида и, как правило, используется вновь.

С архитектурной точки зрения – фонтан – сооружение, которое служит основанием или ограждением для струящихся вверх и стекающих вниз струй воды.

Есть водные фонтаны природного происхождения – фонтанирующие небольшими струями родники.

Принцип работы фонтана

- вода из  чаши, проходит через фильтры, очищается и попадает в трубу;

-с помощью насоса вода подается вверх, проходит через систему труб и разбрызгивателей и выходит наружу в виде рисунка струй, задуманного дизайнером;

-  снова возвращается в резервуар.

Для  работы фонтана нужно  выбрать насос, его мощность связана с количеством и высотой водных струй.

Принцип сообщающихся сосудов

Мы знаем, что в сообщающихся сосудах уровень жидкости одинаковой плотности устанавливается на одном уровне. Доказать это мы можем с помощью закона Паскаля. Мы знаем, что  p₁=p₂, где   p₁=ρgh₁,  p₂=ρgh₂, следовательно,    ρgh₁=ρgh₂,    т.е.       h₁=h₂, где p-давление в жидкости, а h-высота столба.

Преимущества использования фонтанных установок

Фонтан Герона

Учёным древней Греции Героном Александрийским был изобретен волшебный фонтан.

Геронов фонтан состоит из открытой чаши и двух герметичных сосудов расположенных под чашей. Из верхней чаши в нижнюю ёмкость идёт полностью герметичная трубка. Если налить в верхнюю чашу воды, то вода по трубке начинает стекать в нижнюю ёмкость, вытесняя оттуда воздух. Нижняя ёмкость  герметична, воздух выталкиваемой водой по герметичной трубке передаёт воздушное давление в среднюю чашу. Давление воздуха в средней ёмкости начинает выталкивать воду, и фонтан начинает работать.

Сделаем фонтан Герона своими руками из пластиковых бутылок.

                                                     Схема  конструкции фонтана

Подручные материалы:

1. саморезы;
2. дрель;
3. пластиковые трубки разного диаметра;
4. герметик или клей;
5. обычные пластиковые бутылки -  3 шт.

Схема сборки фонтана из 3-х сосудов

1.Разрежем одну бутылку пополам. Верхняя часть с горлышком служит резервуаром для фонтана (чаша).

2.Внутри конструкции расположим пластиковые трубки  (капельница, соломка для коктейля). Для этого в крышках делаем отверстия, а трубку обрезаем до нужной длины.

3.Нижнюю и среднюю бутылки соединим между собой при помощи клея в области горловин (склеим крышки, предварительно приклеив их к горловине).

4.Резервуар (чаша) для фонтана приклеиваем ко дну второй емкости, а в крышке и дне (соответственно) делаем отверстие для трубок. Все стыки герметизируем.

5.В верхнюю чашу наливается столько же воды, сколько входит во вторую бутылку. Вода будет стекать в нижнюю часть. Чтобы ее вернуть в центр фонтана, достаточно перевернуть конструкцию.

Когда вся жидкость окажется в центральном резервуаре, остается наблюдать фонтан, без внешних источников питания. Для этого, в верхнюю чашу добавляется немного жидкости, которая запускает  цикл:

1.       вода из верхней чаши попадает в нижнюю бутылку, выталкивая воздух во вторую емкость;

2.       за счет давления воздушных масс, во втором бутылке вода вынуждена искать выход в трубке;

3.       вода поступает в трубку, поднимается вверх и образуется фонтан.

Когда закончится вода во второй бутылке - перевернем емкость, дольем  воды в чашу, и фонтан вновь заработает!

Вывод: Модель фонтана – автомата, которую я задумала, сделать из старых пластмассовых кубиков у меня не получилась, думаю из-за того, что я не добилась 100% герметичности сосудов. Оказалось, что сделать такой фонтан очень сложно. Поэтому я обязательно продолжу работать над темой проекта и найду решение проблемы. Небольшие комнатные фонтаны, причисляют к интерьерному декору. Они позволяют наслаждаться энергией водной стихии в домашних условиях. Это устройства для создания расслабленной атмосферы, релаксации и качественного увлажнения воздуха.

Литература:

1.      Кабардин О.Ф., Кабардина С.И., Шеффер Н.И. Факультативный курс физики /Москва, «Просвещение», 1982 г.

2.      http://ru.wikipedia.org/ - всемирная энциклопедия, гейзеры, родники, артезианские колодцы

3.      http://www.1000fontan.ru/catalog-fontan/shema/work/ сайт о фонтанах

4.      http://oldpiter.narod.ru/ARHIV/peterg.htm - фонтаны Петергофа

5.      http://www.fontan.net - сайт о фонтанах

6.      http://www.gorodershov.ru/news/na_ploshhadi_im_kuznecova_zapustili_dolgozhdannyj_fontan/2020-10-30-4978

7.      http://zhurnalko.net/=sam/junyj-tehnik/1989-05--num75

8.      https://zen.yandex.ru/media/stankiwse/fontan-iz-butylok-bez-nasosa-5be109f3ec5e2700ae9f80ff?utm_source=serp

num75