Проектная работа "Мыльные пузыри"

«Мыльные пузыри»

Летящие по воздуху переливающиеся всеми цветами радуги прозрачные шары. Что это? Ну, конечно, каждый знает ответ - мыльные пузыри. Эта забава известна с давних времён и привлекает как детей, так и взрослых. Но одновременно это и объект для изучения природных явлений.

Одним из самых больших трудов по  теме мыльных пузырей  является книга известного английского учёного Чарльза Бойса «Мыльные пузыри», составленная более чем сто лет тому назад. Это не только забавная книжка для детей, но и настольное пособие для физиков.

 А английский учёный лорд Кельвин, живший в прошлом веке, однажды сказал: «Выдуйте мыльный пузырь и смотрите на него: вы можете заниматься всю жизнь его изучением, не переставая извлекать из него уроки физики». Вот и мы попытались изучить это удивительное природное творение.

Целью  нашей работы стало исследование  структуры мыльных

 пузырей, способ изготовления  и их 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.Провести опыты с мыльным раствором

Актуальность: 

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.

Предмет исследования: мыльные пузыри.

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

1.1 Из истории мыльных пузырей

       Ещё на картинах фламандских художников 18 века часто встречались изображения детей, выдувающих мыльные пузыри через глиняную соломинку. В 18 и 19 веках дети выдували мыльные пузыри, используя мыльную воду, оставшуюся после стирки.

Существует даже миф о недолговечности мыльного пузыря, но его развеял англичанин Джеймс Дьюар, законсервировавший мыльный пузырь в герметичном сосуде с двойными стенками.

Преподавателю физики из штата Индиана удалось сохранить пузырь в стеклянной банке в течение 340 дней. Ученики превзошли учителя - их пузыри хранились под колпаком по многу лет.

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 Почему мыльный пузырь круглый

Тот пузырь, который свободно парит в воздухе, имеет форму шара. Что заставляет мыльный пузырь принимать такую форму? Причина этому – силы поверхностного натяжения жидкости.

Силы натяжения формируют сферу (шар) потому, что шар  имеет наименьшую площадь поверхности при данном объёме. Эта форма может быть  искажена потоками воздуха и самим процессом надувания пузыря. Однако, если оставить пузырь плавать в спокойном воздухе, его форма очень скоро станет близкой к форме шара.

1.3 Структура стенки мыльного пузыря

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

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.

1.4 Пленка мыльного пузыря. Поверхностное натяжение 

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 .

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.

1.5 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.

1.6 Цвет мыльного пузыря..

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

Когда свет проходит сквозь тонкую плёнку пузыря, часть его отражается от внешней поверхности, а  другая часть проникает внутрь плёнки и отражается от внутренней поверхности.

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

1.7 Состав мыльных пузырей. Рекомендации для создания мыльного раствора.  

То, насколько просто будет делать пузыри, зависит от множества разных факторов.

1. Вода должна быть мягкой. Самый простой способ смягчить воду – хорошенько прокипятить её и дать отстояться. Для приготовления раствора лучше брать тёплую воду, в ней быстрее растворяется моющее средство.
2. Если в качестве моющего средства используется мыло, то лучше брать хозяйственное отечественного производства.
3. Разное мыло, разные условия окружающей среды, например, лучше избегать пыльного воздуха или ветра.
4. Пузырь живет, пока он влажный. Для того чтобы мыльная пленка как можно дольше не высыхала, в раствор добавляют глицерин. Глицерин можно заменить водным раствором сахара с желатином.
5. Также, чем больше влажность воздуха, тем лучше, а значит лучше делать пузыри в дождливый день.
6. Лучше выдувать пузыри в прохладном месте.
7. Поверхность инструментов, из которых выдуваются пузыри должна быть шероховатой, для уменьшения скольжения по нему мыльного раствора.

Словарик

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.