Подумайте, как можно простым способом устроить фонтан где−нибудь в парке или во дворе. Начертите схему такого устройства и объясните принцип его действия. Изготовьте модель фонтана.

Для решения задачи по созданию простого фонтана важно понять основной принцип его работы, основывающийся на законах гидродинамики и давления жидкости. Теоретическая часть задачи заключается в изучении движения воды, давления, силы тяжести и возможных источников энергии для приведения воды в движение.

Принципы работы фонтана:

1. Давление жидкостей:
   Вода, как любая жидкость, передает давление во всех направлениях. Если вода находится в замкнутом пространстве, ее давление может быть увеличено, например, за счет внешнего воздействия или изменения высоты уровня воды. Использование разницы в давлениях (например, между атмосферным и гидростатическим) позволяет заставить воду двигаться вверх.

2. Гидростатическое давление:
   Давление в жидкости растет с увеличением глубины. Оно рассчитывается по формуле:
   $$ P = \rho \cdot g \cdot h, $$
   где $ P $ — давление, $ \rho $ — плотность воды, $ g $ — ускорение свободного падения (примерно 9,8 м/с²), $ h $ — высота столба воды.

3. Закон Бернулли:
   В движущейся жидкости существует взаимосвязь между давлением, скоростью течения и высотой. Этот закон объясняет, почему вода может подниматься вверх при наличии разницы давлений.

4. Источники энергии:
   Для работы фонтана необходимо приложить энергию для перемещения воды. Это может быть:

   • Потенциальная энергия (использование разности высот, например, вода самотеком из высокого резервуара);
   • Кинетическая энергия (работа насоса, преобразующая электрическую энергию в движение воды).

Конструкция простого фонтана:

Фонтан можно устроить с использованием резервуара для воды, трубки для ее подачи наверх, и насоса или системы, использующей разницу высот. Основные элементы конструкции:
− Резервуар: Это емкость, в которой находится вода, например, ведро, бочка или подземная цистерна.
− Насос: Устройство, создающее давление, чтобы поднять воду вверх через трубку. В случае примитивного фонтана насос можно заменить ручной силой — например, выдавливая воду через шприц или используя воздушный компрессор.
− Трубка: Узкий канал, по которому вода направляется вверх.
− Сопло: Конец трубки, через который вода выбрасывается наружу, формируя струю.

Принцип работы:

1. Вода под давлением:
   Вода из резервуара поступает в трубку под действием давления, создаваемого насосом или подъемом резервуара на определенную высоту.

2. Выброс воды:
   Когда вода достигает сопла, она выбрасывается наружу под действием силы давления. Высота струи зависит от силы давления, площади сопла и сопротивления воздуха.

3. Циркуляция воды:
   Чтобы фонтан работал длительное время, вода после выброса собирается обратно в резервуар и используется повторно. Этот процесс обеспечивает замкнутый цикл работы.

Теоретический расчет высоты струи:

1. Давление воды в системе зависит от энергии, подаваемой насосом или высоты резервуара. Если используется насос, его мощность определяет скорость движения воды.
2. Уравнение Бернулли можно использовать для расчета максимальной высоты выброса струи: $$ \frac{\rho v^2}{2} + \rho g h = const, $$ где $ v $ — скорость выброса воды, $ h $ — высота выброса, $ \rho $ — плотность воды.

Схема устройства:

На рисунке (который вы можете нарисовать самостоятельно) должна быть изображена емкость с водой, насос, трубка, сопло, а также механизм возврата воды в резервуар после выброса.

Принцип работы простого фонтана базируется на использовании давления для поднятия воды наверх, что можно реализовать как с использованием высоты, так и с помощью механического насоса.