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
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.
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.
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 )
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.
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
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 = 1 000 000 Pa
Wyróżniamy dwa rodzaje ciśnienia: ciśnienie atmosferyczne ciśnienie hydrostatyczne Ciśnienie hydrostatyczne - ciśnienie wywierane przez słup wody, zgodnie z kierunkiem działania siły ciężkości.
Ciśnienie mierzymy barometrem i manometrem. Barometr służy do mierzenia ciśnienia atmosferycznego. Manometr służy do mierzenia ciśnienia gazów w zamkniętym zbiorniku.
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.
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.
Doświadczenie Fontanna Herona
Przybory: trzy słoiki pokrywka dwie rurki plastelina/sylikon woda (zabarwiona)
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.
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.
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
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.
Dziękujemy za uwagę!