XIV Wojewódzki Konkurs Interdyscyplinarny dla racjonalizatorów i twórczo myślącej młodzieży gimnazjalnej i ponadgimnazjalnej

Transkrypt

1 XIV Wojewódzki Konkurs Interdyscyplinarny dla racjonalizatorów i twórczo myślącej młodzieży gimnazjalnej i ponadgimnazjalnej OD EINSTEINA DO. TEMAT XIV EDYCJI KONKURSU nr V Podaj własne opracowanie dowolnego tematu technicznego Fontanna Herona

2 Kim był Heron? Heron z Aleksandrii. Żył w I w n.e. Był greckim matematykiem, fizykiem i wynalazcą. Zbudował wiele jak na tamte czasy urządzeń. O jego życiu mało, co wiemy, nie znamy też dokładnie czasu, w jakim żył. Za to mamy opisy jego maszyn. Jednym z jego najsłynniejszych wynalazków jest "bania wiatrowa. To urządzenie można uznać za pierwszy silnik parowy. Heron budował także np. mechaniczne teatry. Bardzo dobrze orientował się w efektach specjalnych. Znał się także na teorii matematyki, czy fizyki.

3 Gdzie dziś wykorzystujemy zależność fontanny? W codziennym życiu również spotykamy się z urządzeniami, które działają na podobnej zasadzie, co Fontanna Herona. Typowym przykładem może być sieć wodociągowa.

4 Ciśnienie jest wielkością fizyczną, którą obliczamy, dzieląc wartość siły, nacisku, działającej prostopadle do powierzchni, przez pole tej powierzchni. p F S gdzie: p ciśnienie ( N/m 2 ) F siła nacisku (N) S pole powierzchni (m 2 )

5 Ze wzoru na ciśnienie wynika, że: im powierzchnia, na którą wywierany nacisk jest większa, tym ciśnienie jest mniejsze. im powierzchnia, na którą wywieramy nacisk jest mniejsza, tym ciśnienie jest większe.

6 Wstawiając do wzoru na ciśnienie jednostkę wartości siły i jednostkę pola powierzchni, otrzymamy jednostkę ciśnienia, którą nazywamy paskalem (Pa). F 1N [ p] [1Pa] S 1m 2 gdzie: F siła nacisku (N) S pole powierzchni (m 2 ) p ciśnienie ( N/m 2 ) N niuton

7 1 paskal to ciśnienie wytwarzane przez siłę o wartości 1 niutona, które działa na powierzchnię 1m 2. Takie ciśnienie jest jednak bardzo małe. Właśnie, dlatego w praktyce używamy jednostek, które są zwielokrotnieniem paskala np.: hektopaskal: 1hPa = 100 Pa kilopaskal: 1kPa = 1000 Pa megapaskal = 1MPa = Pa

8 Wyróżniamy dwa rodzaje ciśnienia: ciśnienie atmosferyczne ciśnienie hydrostatyczne Ciśnienie hydrostatyczne - ciśnienie wywierane przez słup wody, zgodnie z kierunkiem działania siły ciężkości.

9 Ciśnienie mierzymy barometrem i manometrem. Barometr służy do mierzenia ciśnienia atmosferycznego. Manometr służy do mierzenia ciśnienia gazów w zamkniętym zbiorniku.

10 Prawo Pascala - wzrost ciśnienia, który jest spowodowany wywieraniem na ciesz nacisku o dowolnym kierunki, jest w każdym miejscu jednakowy. Gdzie stosujemy prawo Pascala? Prawo Pascala wykorzystujemy w np. hamulcach hydraulicznych, fontannach, podnośnikach, czy prasach.

11 Naczynia połączone naczynia połączone ze sobą. Mogą mieć one różne kształty. Jeżeli wlejemy wodę do jednego naczynia, woda przepłynie do pozostałych i poziom wody we wszystkich będzie taki sam. Wiemy o tym z prawa naczyń połączonych, które mówi nam, że ciśnienia hydrostatyczne w takich naczyniach muszą być jednakowe. Z naczyniami połączonymi spotykamy się w codziennym życiu, np. dzbanek, wodowskaz przy nieprzeźroczystym zbiorniku.

12 Doświadczenie Fontanna Herona

13 Przybory: trzy słoiki pokrywka dwie rurki plastelina/sylikon woda (zabarwiona)

14

15 1. W pokrywce wywierciłyśmy dwa otwory. 2. W wywierconych wcześniej dziurkach umieściłyśmy rurki, tak, aby jedna wystawała trochę, a druga sporo, po czym uszczelniłyśmy je za pomocą sylikonu. 3. Do słoików 1 i 2 nalałyśmy wody. 4. Słoik nr. 3 ustawiłyśmy na blacie, a nr. 1 na podwyższeniu.

16 5. Na koniec słoik nr. 2 zakręciłyśmy zakrętką z rurkami, po czym odwróciłyśmy do góry nogami, umieszczając rurki w dwóch pozostałych słoikach tak jak na poniższym obrazku.

17 Kiedy wszystko dokładnie wykonałyśmy, mogłyśmy obserwować jak woda ze słoika nr. 2 spływa na dół do słoika nr. 3, ale też jak ze słoika nr 1 płynie do góry, do słoika nr. 2

18 Woda, która ze słoika 2 spływa do 3 zmniejsza w nim ciśnienie, przez co woda ze słoika 1 jest ciągnięta ku górze. Nie jest możliwe nieprzerwane działanie fontanny. Przestaje ona pracować, kiedy zabraknie wody w zasilającym ją zbiorniku środkowym lub też, kiedy skończy się powietrze w zbiorniku dolnym.

19 Dziękujemy za uwagę!