Физика мыльных пузырей

Физика мыльных пузырей

Содержание:

1. История

2. Как получают мыльные пузыри?

    2.1. Свойства воды

    2.2. Приспособления

3. Занимательная физика

    3.1. Взаимодействие пузырей

    3.2. Тайна переливчатых цветов

    3.3. Отражение света в мыльных пузырях

    3.4. Замораживание пузырей

4. Практическое применение

    4.1.Игры детей

    4.2. Мыльные пузыри в шоу-бизнесе и дизайне

5. Пузыри и народные приметы

6. Мыльные пузыри в творчестве известных художников и поэтов.

7. Заключение

8. Литература

Выдуйте мыльный пузырь и смотрите на него: вы можете заниматься всю жизнь его изучением, не переставая извлекать из него уроки физики

                                                                                                 Уильям Томсон

История

Наша работа посвящена мыльному пузырю. Главная цель – выяснить, в чем секрет успеха мыльного пузыря, их идеально круглой формы  и переливающейся разными красками поверхности.

- А вам интересно узнать, как рождаются мыльные пузыри?

Для этого нам придется ответить на ряд вопросов:

- Как получают мыльные пузыри?

 - Почему они круглые?

 - Что такое «сила поверхностного натяжения»? 

 - Благодаря каким положительным качествам пускание мыльных пузырей становится любимым занятием детей?

     В настоящее время трудно точно сказать, когда люди впервые обратили своё внимание на поведение в природе мыльных пузырей, а также неизвестна дата появления  первого интереса ученых к изучению физических процессов связанных с ними. Однако ещё во время раскопок древнего города Помпеи археологи обратили своё внимание на изображения на фресках древних жителей этого города, надувающих мыльные пузыри. Видимо уже тогда у людей появился интерес к необычному поведению этих хрупких созданий и привлек внимание своей фантастичностью их радужный окрас.

Как получают мыльные пузыри?

     По началу, человечество применяло мыльные растворы на основе растительных жиров, масел и пепла. Люди использовали этот состав для нанесения на волосы в ходе ритуальных церемоний, но заметили, что после его смывания волосы становились чистыми и блестящими. Для стирки белья применялись соки растений, специальные сорта глины, отвары из золы. Только после изобретения в XV веке в Италии твердого мыла, оно стало широко использоваться в гигиенических целях, а по мере совершенствования технологии его изготовления, стало доступно всем слоям.

   Все мы восхищаемся пузырями, особенно их идеально круглой формой и переливающейся разными красками поверхностью. Английский физик Бойз был так заинтригован мыльными пузырями, что написал книгу . Он сказал, что силы, которые придают форму пузырю, присутствуют во всех жидкостях. Эти силы вездесущи. Без них не обходится заварка чая, без них нельзя закрыть текущий кран на кухне, о них помнят, ныряя в воду. В общем, всякая жидкость обладает этой силой.

   Представьте себе, что вы наполняете водой воздушный шарик. Чем больше воды вы в него наливаете, тем сильнее растягивается резиновая оболочка шарика. В конце концов, она перестанет растягиваться и лопнет. Теперь представьте себе каплю воды. Вода собирается на кончике пипетки в виде растущей капли. Капля становится все больше и больше. Наконец она достигает определенного критического размера и отрывается от кончика пипетки. Бойз задал себе вопрос: «А почему вода вообще собирается на кончике пипетки в виде капли?»  Впечатление такое, что вода стекает в маленький эластичный мешочек, наподобие воздушного шарика. Этот мешочек отрывается от пипетки тогда, когда переполняется водой. Вокруг капли, естественно, нет никакого эластичного мешочка. Но что - то же должно удерживать каплю в ее классической форме. Должна быть какая - то невидимая оболочка, какое - то нечто.

   Это нечто — свойство воды и любой другой жидкости — называется поверхностным натяжением. Возьмем воду. Молекулы воды под ее поверхностью связаны между собой мощными силами межмолекулярного взаимодействия. Расположенные в поверхностном слое молекулы испытывают силу притяжения только со стороны нижележащих и соседних молекул. То есть поверхностные молекулы воды притягиваются внутрь и в стороны. Именно такое взаимодействие сил создает на поверхности воды эффект пленки, или поверхностное натяжение.

   Таким образом, поверхностное  натяжение можно рассматривать как своеобразную «оболочку» воды. Эта оболочка заставляет висеть каплю на конце водопроводного крана. Когда же капля становится слишком большой, оболочка не выдерживает и рвется. Бойз подчеркивал, что у различных жидкостей оболочки имеют разную прочность. Спирт имеет меньшее поверхностное натяжение, поэтому образует более мелкие капли, чем вода. А вот ртуть, которая бегает по полу мелкими шариками, когда разбивается термометр, имеет поверхностное натяжение в шесть раз больше, чем у воды.

    Сила поверхностного натяжения не дает лопнуть мыльному пузырю. Когда вы опускаете рамку в мыльный раствор, а затем вынимаете ее оттуда, то видите тонкую радужную пленку, которая закрывает просвет рамки. Подуйте на рамку. Из нее начнет выпячиваться пузырь. Мыльная пленка растягивается наподобие эластичной оболочки. Подуйте еще. Мыльная пленка сомкнется вокруг воздуха, и мыльный пузырь отправится в самостоятельное путешествие, переливаясь всеми цветами радуги. Оболочка мыльного пузыря имеет эластичные свойства, поэтому воздух внутри пузыря находится под давлением, как воздух внутри камеры футбольного мяча. Величина внутрипузырного давления зависит от кривизны стенки пузыря. Чем больше кривизна и чем меньше пузырь, тем больше давление

- Как вы думаете, почему все-таки пузырь круглый?

    А мы выяснили, что силы поверхностного натяжения стремятся придать мыльному пузырю максимально компактную форму. Самая компактная форма в природе — это шар . При шарообразной форме воздух внутри пузыря равномерно давит на все участки его внутренней стенки (по крайней мере, до тех пор, пока пузырь не лопнет). Однако тот же Бойз заметил, что, приложив внешнее усилие, можно сделать пузырь несферической формы. Если растянуть мыльную пленку между двумя кольцами и потянуть на разрыв, то образуется мыльный пузырь цилиндрической формы. Чем больше размер такого цилиндрического пузыря, тем меньше его прочность. В конце концов, в середине такого пузыря появляется перетяжка, и он делится на два обычных круглых пузыря.

Для того чтоб пленка была более устойчивой к воздействию окружающей среды, в мыльный раствор часто добавляют глицерин.

Занимательная физика

- А еще мы выяснили, чем занимательны и интересны мыльные пузыри. Хотите  узнать?

    Пузыри могут взаимодействовать между собой. Иногда, соприкасаясь, они образуют двойные пузыри. Если исходные пузырьки имели одинаковый размер, то их общая стенка будет плоской, если же нет, то стенка будет иметь сферическую форму. Еще одна тайна мыльного пузыря заключается в разнообразии его красок. На первый взгляд нам кажется, что мыльные пузыри абсолютно бесцветные, но на самом деле, если присмотреться к пузырьку получше, можно увидеть, что он переливается всеми цветами радуги. Изучить это явление стало возможным только после того, как было открыто явление интерференции. Обуславливается многообразие красок мыльного пузыря тем, что мыльная пленка работает как призма, которая преломляет свет. В одних местах она толще, а в других тоньше, углы преломления соответственно разные вследствие чего и получается игра красок.

Пузыри напоминают стеклянный шар, но добавки красителей к раствору позволяют получить окрашенные пузыри.

Зимой, при температуре воздуха ниже -25 градусов пузыри замерзают на лету, и могут разбиться при ударе о землю. Если пузырь надут теплым воздухом, то замерзает почти в идеальной сферической форме, но охлаждающийся воздух, уменьшаясь в объеме, разрушит отвердевший пузырь. Пузыри, надутые при такой температуре, всегда будут небольшими, так как они быстро замерзают, и если продолжать их надувать, то они лопнут.

Практические применения

- А еще нам стало известно, что мыльные пузыри нашли применение в современной жизни. Слушайте.

Существовавший долгое время миф о недолговечности жизни мыльного пузыря, впервые опроверг английский исследователь Джеймс Дьюар. Он проводил опыты по консервации мыльного пузыря в изобретенном им сосуде с двойными стенками и добился времени хранения более месяца. Позже это изобретение легло в основу колб для термосов, емкостей для перевозки жидких газов и многих других полезных приспособлений.

    Ученые физики проводили многочисленные опыты, изучая поведение мыльных пузырей в различных условиях.. Так, например, при замораживании мыльного пузыря было сделано множество полезных наблюдений, на основе которых сейчас широко применяется технология заморозки клеток, органов для пересадки и целых живых организмов.

    Архитекторы часто используют идеальную форму поверхности мыльного пузыря для создания своих сооружений.

 Красота мыльных пузырей подсказывает одно из направлений их

применения: в оформлении концертов, праздничных мероприятий. Для такого применения были изобретены специальные машины для постоянного потока мыльных пузырей,

    А вот создание гигантских мыльных пузырей, даже стало своего рода соревнованием. В знаменитой книге рекордов Гиннеса целый раздел посвящен подобным достижениям.

    Мыльные пузыри приходят и на  помощь мамам.

Как правило, маленькие дети любят плескаться в воде, но иногда матери сталкиваются с проблемой, когда их малыш упорно не желает купаться.  Он начинает капризничать, плакать, вертеться. Ребенка надо обязательно чем-то отвлечь, и одним из вариантов решения такой проблемы могут стать обыкновенные мыльные пузыри.

Народные приметы

- А хотите узнать, как пузыри связаны с народными приметами?

    Пыль в воздухе нарушает устойчивость плёнки. При повышенной влажности воздуха, в дождливый день, пыли мало, а испарение воды из плёнки снижается, оттого пузыри сохраняют устойчивость намного дольше. Это объясняет народную примету: «пена на лужах — к долгому дождю». На самом деле, эта примета не предсказывает, а скорее иллюстрирует реальность: ведь если дождь идёт долго, то влажность воздуха приближается к 100 %, и пузыри, взбитые каплями дождя, могут очень долго стоять на поверхности луж.

Мыльные пузыри в творчестве известных художников и поэтов.

-Мы выяснили, что многие художники были не равнодушны к мыльным пузырям и изображали их на своих полотнах.

Обратите внимание, это:

1. Пьер Миньяр. Девочка с пузырями.
2. Рембранг Харменс ван Рейн. Купидон, пускающий мыльные пузыри.
3. Оскар Глатц. Мыльные пузыри
4. Франсис ванн Мирис. Мыльные пузыри.
5. Эдуард Мане. Мыльные пузыри.
6. С.Кальчева. Мыльные пузыри и др.

- Так же поэты и писатели рассказывали о красоте мыльных пузырей в своих произведениях. Например:

1. Самуил Маршак. Мыльные пузыри

2. Джеймс Ривз. Тетушка Фло

3. Роман Сэф. Мыльные пузыри.

4. А.Пожарова. О мыльных пузырях

5. Елена Благинина. Тихо шепчется с ветлою

Е.Благинина         

Тихо шепчется с ветлой

 Старая берёза.

 Ходит по двору с метлой

 Дедушка Серёжа.

 -Дед Серёжа, посмотри,

 Мы пускаем пузыри!

 Видишь, в каждом пузыре -

 По малиновой заре,

 По берёзе, по ветле,

 По Серёже, по метле.

 Ты смотри, смотри, смотри:

 Полетели пузыри -

 Красный, жёлтый, голубой-

 Выбирай себе любой!

Заключение

     В заключении мы задаем себе вопросы: «Чем для нас была полезна эта работа?» «Чему она нас научила?»

Во- первых, так как мы ученики творческие, то узнали много нового, интересного и полезного. Для ответов на многие вопросы нам понадобились разные источники информации, поэтому учились работать с источниками. Было трудно, но мы старались.

 Что же дала нам эта работа? Научились сравнивать, анализировать, приобрели большой опыт работы по исследовательской деятельности.

Во –вторых, о мыльных пузырях мы узнали очень много. Научились сами готовить раствор и пускать пузыри различной формы и даже цвета, а главное узнали, где применяются мыльные пузыри.

 Мы, думаем, если у нас не все получилось, это не страшно, ведь мы учимся.

Литература

1. http:// www.americaru/com/.  Теория мыльных пузырей.

2. http:// www.nevcos.ru/fl.html. Секрет раствора мыльных пузырей.

3.Тегузин Я.Е. Пузыри. М.: Наука, 1985 г.

4. Энциклопедический словарь юного физика. Сост. В.А.Чуянов.  М.:     Педагогика, 1984 г.

5. Энциклопедия для детей.  Т.16 Физика. М.: Мир энциклопедий Аванта+, 2007 г.

Проектно -  исследовательская деятельность

Физика мыльных пузырей

                                  учащихся 4-а класса МОБУ СОШ № 6

                                          Белобородова Александра

                       Варина Рената

                                                   Калимуллина Артема

г. Нефтекамск, 2012 г.