Номер 4, страница 82 - гдз по физике 7 класс рабочая тетрадь Минькова, Иванова

Схема устройства простого фонтана

Наиболее простой фонтан можно устроить, используя принцип сообщающихся сосудов. Для этого не требуются насосы или сложное оборудование. Устройство состоит из резервуара для воды, расположенного на возвышении, и трубки, идущей от него вниз к месту, где будет бить фонтан.

Схематично это можно представить так:

1. Резервуар — любой сосуд (например, большое ведро или пластиковая канистра), установленный на некоторой высоте (например, на подставке, на втором этаже дачного дома и т.д.).

2. Трубка или шланг — один её конец герметично подсоединён к нижней части резервуара.

3. Сопло — другой конец трубки, выведенный в точку, где должен быть фонтан. Сопло должно находиться ниже уровня воды в резервуаре. Для усиления эффекта выходное отверстие сопла можно сделать узким.

Когда в резервуар налита вода, она под действием силы тяжести будет вытекать через сопло, образуя струю, направленную вверх. Высота струи будет напрямую зависеть от разницы высот между уровнем воды в резервуаре и положением сопла.

Ответ: Схема простого фонтана включает резервуар с водой на возвышении и соединенную с ним трубку, конец которой (сопло) расположен ниже уровня воды в резервуаре.

Принцип действия

Принцип действия такого фонтана основан на законах гидростатики и сохранения энергии.

1. Резервуар с водой и соединённая с ним трубка представляют собой сообщающиеся сосуды.

2. Из-за того, что уровень воды в резервуаре (точка А) выше, чем выходное отверстие сопла (точка Б), возникает разность давлений. Давление, создаваемое столбом жидкости высотой $\text{h}$ (где $\text{h}$ — разница уровней между точкой А и Б), выталкивает воду из трубки. Это гидростатическое давление рассчитывается по формуле: $p = \rho g h$, где $\rho$ — плотность жидкости, $\text{g}$ — ускорение свободного падения.

3. Под действием этого давления вода приходит в движение. В соответствии с законом сохранения энергии, потенциальная энергия воды, обусловленная её высотой в резервуаре, преобразуется в кинетическую энергию движущейся струи. Скорость истечения воды из сопла $\text{v}$ (без учёта потерь на трение) можно определить по формуле Торричелли: $v = \sqrt{2gh}$.

4. В результате вода вырывается из сопла в виде струи. Теоретически, высота подъёма струи не может превышать высоту $\text{h}$, а на практике она всегда несколько меньше из-за сопротивления воздуха и потерь энергии на трение в трубке.

Ответ: Принцип действия фонтана основан на превращении потенциальной энергии воды, находящейся на большей высоте в резервуаре, в кинетическую энергию струи, вытекающей из сопла под действием гидростатического давления.

Изготовление модели фонтана

Для изготовления действующей модели простого фонтана понадобятся следующие материалы: большая пластиковая бутылка (1,5-2 литра), маленькая пластиковая бутылка (0,5 литра) или просто крышка от нее, гибкая трубка (например, от медицинской капельницы или для аквариума), клей или герметик (например, термоклей или пластилин), ножницы.

Порядок действий:

1. Возьмите большую бутылку — это будет резервуар. У самого дна бутылки проделайте небольшое отверстие, диаметр которого должен быть чуть меньше внешнего диаметра трубки.

2. Проденьте один конец гибкой трубки в сделанное отверстие. Для герметичности тщательно замажьте место соединения клеем или пластилином с обеих сторон (изнутри и снаружи).

3. Другой конец трубки будет соплом. Чтобы струя была выше и тоньше, можно сузить выходное отверстие. Например, вставить в конец трубки пустой стержень от гелевой ручки или наконечник от шариковой ручки.

4. Установите большую бутылку-резервуар на возвышение (например, на стопку книг или на край стола).

5. Наполните бутылку водой. Можно подкрасить воду для наглядности.

6. Расположите свободный конец трубки (сопло) ниже уровня воды в бутылке и направьте его вверх. Из сопла начнёт бить фонтанчик. Фонтан будет работать, пока уровень воды в бутылке не опустится до уровня сопла.

Ответ: Модель фонтана можно изготовить из пластиковой бутылки (резервуар) и гибкой трубки, соединив их герметично и используя разность высот между уровнем воды и соплом для создания напора.