Heron's fountain

Фонтан Герона — это гидравлическое устройство, созданное Героном Александрийским, изобретателем, математиком и физиком I века. Он исследовал давление воздуха и пара, описал прототип паровой машины и создавал игрушки, выбрасывающие воду; одна из них — этот фонтан. Современные уроки физики до сих пор используют различные его версии для демонстрации гидравлики и пневматики.

Фонтан состоит из трех сосудов: чаши (верхний), резервуара с водой (средний) и резервуара с воздухом (нижний). Их соединяют три трубки. Первая трубка идет от дна чаши ко дну нижнего резервуара. Вторая соединяет верхнюю часть нижнего резервуара с верхней частью среднего. Третья трубка проходит от дна среднего резервуара вверх через дно чаши до высоты выше ее края — именно отсюда бьет струя воды. Максимальная высота струи зависит от расстояния по вертикали между средним и нижним сосудами. Чаша может быть открытой или герметичной, но средний и нижний сосуды должны быть герметичными и выдерживать атмосферное давление. Пластиковые бутылки подойдут, но стекло лучше; воздушные шары не работают, так как деформируются под давлением.

Энергия фонтана поступает от воды, стекающей из чаши в нижний сосуд. Вода, падая по первой трубке, создает давление в нижнем сосуде, пропорциональное разнице высот между чашей и нижним сосудом. Это давление передается по воздуху через вторую трубку в средний сосуд, выталкивая воду вверх по третьей трубке. Поднимающаяся вода замещает воду, падающую из чаши, образуя цикл. Для работы необходимо, чтобы первая трубка доходила до дна нижнего резервуара, создавая водяной затвор, предотвращающий утечку воздуха. Аналогично, третья трубка должна доходить до дна среднего резервуара. Вторая трубка должна соединять верхние части обоих сосудов, чтобы вода не блокировала передачу давления.

Фонтан Герона не является вечным двигателем. При узком сопле он может работать несколько минут, прежде чем остановится. Струя может бить выше уровня воды в любом из сосудов, но чистый поток направлен вниз. Если резервуары с воздухом и водой намного больше чаши, а поток из сопла стабилен, фонтан может работать значительно дольше. Его действие напоминает сифон с удаленной верхней дугой; давление воздуха между нижними сосудами поднимает воду над дугой, поэтому его также называют сифоном Герона.