Проект "Мыльные пузыри"

 Введение 

Любители вы мыльные пузыри? Эти хрупкие и, в то же время, величественные и совершенные создания. Помните, как было здорово наблюдать за красивым радужным мыльным пузырем, который медленно поднимался в воздух, сверкая всеми цветами радуги. Малейший порыв ветра превращал движение мыльного пузыря в непредсказуемый зигзаг. И всегда было жалко, когда они лопались, не оставляя следа. Не зря, став взрослыми, люди называли заведомо безнадежные, но привлекательные мероприятия мыльными пузырями, подразумевая внешнюю красоту и недолговечность. Мыльные пузыри, которые окрашиваются попеременно в самые разные цвета радуги, нам кажутся чем-то несбыточным, сказочным и волшебным. Их легкость рождает сказочную радость. Возможности по применению мыльных пузырей оказались необычайно велики, особенно в индустрии развлечений. Сегодня нередко их используют в своих программах клоуны и аниматоры. Мыльные пузыри считаются беспроигрышным номером, ведь крайне редко встречаются люди, у которых они вызывают неприязнь или раздражение. Традиционным применением мыльных пузырей остаются различные развлекательные программы для детей. Независимо от возраста, пузыри вызывают у людей восторженные крики и непреодолимое желание немедленно догнать и поймать убегающий сверкающий шар.

Маленькую баночку с мыльными пузырями, сейчас легко можно купить в магазине. Однако, она быстро заканчивается, а еще зачастую в них бывает не слишком хороший состав, и ожидаемый фейерверк мыльных пузырей, ограничивается лишь десятком маленьких пузыриков.  А это значит, что каждый из нас, ни раз, задумывался о том, как сделать раствор для мыльных пузырей самостоятельно. А еще лучше, чтобы из такого раствора получались мыльные пузыри больших размеров.

Поэтому целью нашей работы стало исследование  структуры мыльных

 пузырей, способов изготовления  и применения.

Перед нами стояли следующие задачи:

1.Узнать из чего состоит стенка мыльного пузыря.

      2.Узнать от чего зависит цвет, прочность и форма мыльного пузыря.

      3.Найти экспериментальным путем наилучший состав мыльных   пузырей.

Актуальность: В настоящее время мыльные пузыри становятся модными объектами. Из веселой игрушки для детей они превращаются в элемент технологии праздника. Проводятся шоу мыльных пузырей, например, на Манежной площади в Москве в ноябре 2007 года, организовано королевство мыльных пузырей, мыльные пузыри становятся способом украшения корпоративных вечеринок. "Сегодня ФАНТАСТИЧЕСКОЕ ШОУ МЫЛЬНЫХ ПУЗЫРЕЙ является одним из самых дорогих проектов мировой развлекательной индустрии" - пишут в рекламных проспектах.

Мы имеем дело с интереснейшим физическим объектом, изучая свойства которого мы можем не только развлекаться, но и понимать глубже, как устроен мир, в котором мы живем.

Объект исследования: способы изготовления мыльных пузырей.

Предмет исследования: мыльные пузыри.

Гипотеза: если мы в ходе нашего исследования узнаем способы изготовления мыльных пузырей, то сможем их сами применять на праздниках, так как они создают эффект радости и бесконечного счастья.

Методы изучения: анализ литературы, просмотр и анализ телепередач, отбор необходимого материала, работа с сайтами сети Интернет.

Апробация результата: праздник пузырей в 4В классе, выпуск буклета с рецептами мыльных пузырей.

Глава 1.

1.1 Из истории мыльных пузырей.

Мыльные пузыри  существуют очень давно. Пускание мыльных пузырей очень веселое занятие, любимое не только детьми. Его история насчитывает более 400 лет. За этим занятием проводили время и взрослые и дети, что засвидетельствовали многие художники разных времен.

Мыльные пузыри засветились и в Книге рекордов Гиннесса: 1996 г. — Алан Маккей пустил мыльный пузырь длиной 32 м; 1997 г. — Фэн Янг соорудил самую большую в мире стену из мыльных пузырей высотой около 48 м и площадью 370 кв. м; 2007 г. — Сэм Хист разместил в мыльном пузыре высотой 1,5 м и шириной 3,3 м 50 человек.

1.2 Структура стенки мыльного пузыря

   Мыльный пузырь — тонкая многослойная плёнка мыльной воды, наполненная воздухом, обычно в виде сферы с переливчатой поверхностью.

Из-за недолговечности мыльный пузырь стал синонимом чего-то привлекательного, но бессодержательного и недолговечного.

Плёнка пузыря состоит из тонкого слоя воды, заключённого между двумя слоями молекул, чаще всего мыла. В результате образуются слои, защищающие воду от быстрого испарения, а также уменьшающие поверхностное натяжение.

1.3.Пленка мыльного пузыря

Поверхностное натяжение и форма

Пузырь существует потому, что поверхностное натяжение делает поведение поверхности похожим на поведение чего-нибудь эластичного. Однако, пузырь, сделанный только из воды, нестабилен и быстро лопается. Для того, чтобы стабилизировать его состояние, в воде растворяют какие-нибудь поверхностно-активные вещества, например, мыло которое уменьшает поверхностное натяжение примерно до трети от поверхностного натяжения чистой воды. Когда мыльная плёнка растягивается, концентрация мыльных молекул на поверхности уменьшается, увеличивая при этом поверхностное натяжение. Таким образом, мыло избирательно усиливает слабые участки пузыря, не давая им растягиваться дальше. В дополнение к этому, мыло предохраняет воду от испарения, тем самым делая время жизни пузыря еще больше.

Сферическая форма пузыря также получается за счёт поверхностного натяжения. Силы натяжения формируют сферу потому, что сфера имеет наименьшую площадь поверхности при данном объёме. Эта форма может быть существенно искажена потоками воздуха и самим процессом надувания пузыря. Однако, если оставить пузырь плавать в спокойном воздухе, его форма очень скоро станет близкой к сферической.

1.4. Соединение мыльных пузырей

Объединение пузырей

Когда два пузыря соединяются, они принимают форму с наименьшей возможной площадью поверхности. Их общая стенка будет выпячиваться внутрь большего пузыря. Если пузыри одинакового размера, их общая стенка будет плоской.

Правила, которым подчиняются пузыри при соединении, были экспериментально установлены в XIX веке бельгийским физиком Жозефом Плато и доказаны математически в 1976 г. Жаном Тейлором.

1.5. Интерференция и отражения.

 Отражение облаков в мыльном пузыре.

Переливчатые «радужные» цвета мыльных пузырей получаются за счёт интерференции световых волн и определяются толщиной мыльной плёнки.

Когда свет проходит сквозь тонкую плёнку пузыря, часть его отражается от внешней поверхности, в то время как другая часть проникает внутрь плёнки и отражается от внутренней поверхности. Наблюдаемый в отражении цвет излучения определяется интерференцией этих двух отражений.

По мере того, как плёнка становится тоньше из-за испарения воды, можно наблюдать изменение цвета пузыря. Более толстая плёнка убирает из белого света красный компонент, делая тем самым оттенок отражённого света сине-зелёным. Более тонкая плёнка убирает жёлтый (оставляя синий свет), затем зелёный (оставляя пурпурный), и затем синий (оставляя золотисто-жёлтый). В конце концов стенка пузыря становится тоньше и мы перестаем видеть отражение совсем (на тёмном фоне эта часть пузыря выглядит «чёрным пятном»).

То, насколько просто будет делать пузыри, зависит от множества разных факторов. Разное мыло, разные условия окружающей среды, например, лучше избегать пыльного воздуха или ветра. Также, чем больше влажность воздуха, тем лучше, а значит лучше делать пузыри в дождливый день.

Другими словами, наилучший способ найти идеальное решение — это метод проб и ошибок.

Глава 2. От теории к практике

2.1.Факторы, влияющие на качество мыльных пузырей

   Мы провели несколько экспериментов, чтобы выяснить 

• какие рецепты мыльного раствора дают самые прочные пузыри.
• какое моющее средство дает самые прочные мыльные пузыри
• какая вода в составе растворов дает самые прочные мыльные пузыри

1.Определяли время жизни мыльного пузыря, изменяя  компоненты смеси для выдувания мыльных пузырей. Мы использовали различные моющие средства:  «Luxus», « Pril», «Fairi» и  детский шампунь «Ушастый нянь».

 Время жизни пузырей:

«Luxus» - 15-16 с

« Pril» - 23-59 с

«Fairi» - 58-84 с

Детский шампунь «Ушастый нянь» - 74 – 227с

Вывод: что самые стабильные пузыри получаются при использовании детского шампуня. 

Мы использовали различную воду: дистиллированную, фильтрованную, водопроводную.

Время жизни пузырей на основе детского шампуня

Дистиллированная- 74 с

Фильтрованная – 227с

Водопроводная – 149с

Вывод: самые долгоживущие мыльные пузыри получаются при использовании фильтрованной воды.

Мы изменяли соотношение моющего средства и глицерина.

Вывод: на одну часть глицерина нужно взять четыре части моющего средства и двадцать частей воды. Например: на 100 мл воды нужно взять 20 мл моющего средства и 5 мл глицерина.

 Мы изучали влияние различных добавок для стабилизации мыльной пены. Для этого я использовала раствор сахара и обойного клея.

Вывод: раствор из сахара и обойного клея не улучшают мыльную смесь.

Мы изучали, влияет ли время приготовления мыльной пены на стабильность

При хранении раствора для мыльных пузырей в открытых сосудах ухудшаются свойства раствора. Не забывайте, что если раствор оставить на долго не закрытым, то испарение воды может привести к  повышенной плотности раствора и пузыри не смогут надуться.

2.2.Рецепты мыльных пузырей.

Самый простой способ — использовать специальную жидкость для мыльных пузырей (которая продается в качестве игрушки) или просто смешать средство для мытья посуды с водой. Но это не всегда даёт положительный эффект. Лучше сделать самому, что бы быть уверенным в качестве раствора.

Способ №1:

На 1 литр воды берем 200 мл. моющего средства. В этот раствор добавляем 25 мл. глицерина (продается в любой аптеке). Хорошо перемешиваем, стараясь не пенить раствор. И он готов можно выдувать мыльные пузыри.

Способ №2:

Берем 1 литр дистиллированной воды и добавляем 100 мл. моющего средства.

Способ №3:

В 1 литр воды добавляем 75 мл. шампуня, 50 грамм сахара и 2.5 грамма обойного клея. Перемешиваем и оставляем до растворения. Не забывайте, что если раствор оставить на долго не закрытым, то испарение воды может привести к  повышенной плотности раствора и пузыри не смогут надуться.

Способ №4:

На 150 мл воды берем 50 мл любого моющего средства, добавляем 10 грамм сахара. Тщательно перемешиваем до растворения сахара и раствор готов.

Способ №5:

Очень похож на 1 способ, но с разными пропорциями. Берем 600 мл воды, добавляем 200 мл моющего средства и 100 мл глицерина. Смесь готова.

Это только малая часть всех рецептов мыльных пузырей, но и из них можно выбрать лучший.

Пользуясь всем собранным нами материалом и  научным экспериментом, мы  провели познавательную игру «Мыльные пузыри!» для учащихся 4В класса

Выводы

1. Проделав данную работу, мы узнали, от чего зависит:

• цвет мыльного пузыря
• форма мыльного пузыря
• прочность мыльного пузыря.

2.  Мы доказали:

• что фильтрованная вода наилучший компонент для мыльного раствора.
• Что глицерин лучший стабилизатор мыльной пены.
• что детский шампунь наилучший компонент для мыльного раствора.

   3. Мы  выявили наилучший рецепт смеси.

4.Провели познавательную игру для учащихся начальной школы.

5. Выпустили буклет с рецептами мыльных пузырей.

Список используемой литературы.

• 1.. M. Hutchings, F. Morgan, M. Ritoré, A. Ros Proof of the double bubble conjecture // Ann. of Math. (2), Vol. 155 (2002), № 2, 459—489.

• "Charles V. Boys" Soap-Bubbles. Their colors and the forces which mold them. — Dover Publications, New York 1990, ISBN 0-486-20542-8

• "Cyriel Isenberg" The Science of Soap Films and Soap Bubbles. — Tieto Books, Clevedon North Somerset, 1978, ISBN 0-905028-02-3

•  http://www.kmpu.ru/ (шоу мыльных пузырей)

•  http://www.kindermax.ru/artists/orig_nomera/shou_mpuz

• www.rumbur.ru

• http://planetashkol.ru/

• Книга рекордов Гинесса 1996,1997,2007г.

ТЕЗАУРУС

Моле́кула (новолат. molecula, уменьшительное от лат. moles — масса) — наименьшая частица химического вещества, обладающая всеми его химическими свойствами.

Глицерин — бесцветная вязкая жидкость, неограниченно растворимая в воде. Сладкий на вкус, отчего и получил своё название....

Широко применяется в изготовлении косметики и мыл.

Сфе́ра - от греческого слова "сфайра" - "шар", "мяч". — замкнутая поверхность, геометрическое место точек в пространстве, равноудалённых от данной точки, называемой центром сферы.

Поверхностное натяжение - сила, испытываемая молекулами жидкости на поверхности (сильнее всего на границе газ - жидкость) и направленная в глубину объема жидкости. Из-за поверхностного натяжения жидкость всегда принимает форму, соответствующую минимальной поверхности, в частности капля имеет сферическую форму.

Интерференция световых волн — сложение двух волн, вследствие которого наблюдается устойчивая во времени картина усиления или ослабления результирующих световых колебаний в различных точках пространства.

Дистиллиро́ванная вода́ — очищенная вода, практически не содержащая примесей и посторонних включений. Получают перегонкой в специальных аппаратах — дистилляторах.

Приложение 1.

Выяснение времени жизни пузыря в зависимости от моющего средства и типа воды.

ОПЫТ№1

Моющее средство «PRIL».

Вывод: На первом месте обычная вода, на втором кипяченая вода, на третьем фильтрованная, на четвертом дистиллированная.

 ОПЫТ№2

Моющее средство «FAIRI».

Вывод: Фильтрованная вода показала наилучший результат.

                                                              ОПЫТ№3

Моющее средство детский шампунь «УШАСТЫЙ НЯНЬ».

Вывод: По результатам 1, 2,3 опыта мы выявили, что фильтрованная вода и детский шампунь, лучшие компоненты для мыльного раствора.

Во всех приведенных выше опытах дистиллированная вода показала худший результат. Все последующие образцы будут проверяться на основе фильтрованной воды, так как раствор на ее основе показал наилучший результат.

 ОПЫТ №4

Мы решили проверить станут ли лучше пузыри если они немного постоят.

Время жизни мыльного пузыря из растворов  №3, 6 и 7 после 24 часов. (3, 6 и 7, потому что они сделаны на основе фильтрованной воды)

Вывод:

Средняя продолжительность жизни мыльного пузыря увеличилась только из раствора №3. А у пузырей из остальных растворов уменьшилась. В основном эффективность раствора падает.

 ОПЫТ№5

Мы решили проверить, будут мыльные пузыри лучше, если в них добавить

вместо глицерина обойный клей или сахар (из рецептов, найденных в сети Интернет).

Время жизни мыльного пузыря с раствором №7  с разными составляющими.

ПЛАН.

1.Раствор №7 делим на две равные части.

2.В первую часть добавляем сахар,а во вторую клей.

3.Готовим раствор №7, но без глецирина.И делим попалам.

4.В одну часть добавляем сахар, а в другую клей.

5.Измеряем время мыльного пузыря из каждого растворо по четыре раза.

Вывод:

Ни один из показателей не превысил максимальный результат средней продолжительности жизни мыльного пузыря из раствора под №7. Значит лучше всего, действует один глицерин без примесей.

ОПЫТ№6

Проверить время жизни мыльного пузыря при различных пропорциях составляющих: моющего средства «УШАСТЫЙ НЯНЬ» и глицерина. По рецепту 1 и 5.

Опыт проводится по рецепту №5, и его результаты сравниваются с результатами  раствора из рецепта №1.

Вывод:

Мыльные пузыри лучше из рецепта под №1, чем из рецепта №5. И результаты у пузырей из 5 рецепта более разрозненные, чем у пузырей из рецепта №1.

Рецепт №1 наилучший из приведенных.

Приложение 2

Фотографии победителей конкурса «Мыльный пузырь»