Исследовательская работа по окружающему миру на тему "Тайны мыльного пузыря"

Районная научно- практическая конференция

 учащихся начальных классов,

посвященная  90-летию образования республики Бурятия

«Первые шаги»

Номинация: физика

Тема: «Тайны мыльного пузыря».

Автор: ученица 4 «В» класса

МАОУ «СОШ№5 г. Закаменск»

Татарникова Ирина

Руководитель:

Федосеева Елена Михайловна

2012-2013 учебный год.

Г.Закаменск

Содержание

1. Введение ……………………………………………………………………………...3

            Выбор темы исследования…………….………………………………………. ……3

            Объект и предмет исследования ……………………………………………………3

Цель и задачи исследования…………………………………………………………3

            Гипотеза, методы исследования…………………………………………………….3

2. Теоретическая  часть

1. История появления мыльного пузыря…………………………………………. 4
2. Что такое мыльный пузырь?……………………………………………………  4
3. Форма и структура пузыря……………………………………………………… 4
4. Почему пузырь сохраняет сферическую форму……………………………… 5
5. Почему переливается разными цветами……………………………………….5
6. Почему пузырь летит вверх……………….…………………………………… 5
7. Как долго может существовать мыльный пузырь……………………………  5

3. Практическая часть…………………………………………………………………  .6

1. Опыт №1 Определение мыльных «лидеров»…………………………………...6
2. Опыт №2 Добавляем глицерин………………………………………………… .6
3. Опыт №3. Пузыри с желатином…………………………………………………7
4. Замораживание мыльного пузыря…………………………………………….    7
5. Пробуем разные приспособления для выдувания мыльных пузырей……… 7

4. Заключение……………………………………………………………………………8
5. Список использованной литературы……………………………………………….10
6. Приложение 1. Тема мыльных пузырей в живописи……………….…………….11
7. Приложение 2. Структура мыльного пузыря…………………………………….12
8. Приложение3. Почему пузырь разноцветный……………………………………13
9. Приложение 4. Опыт №1 (Определение мыльных лидеров)……………………14
10. Приложение5 Опыт №2. Добавляем глицерин……………………………………15
11. Приложение 6. Опыт №3. Пузыри с желатином………………………………… 16
12. Приложение 7. Замороженный мыльный пузырь………………………………..17
13. Приложение 8 Разные приспособления для выдувания пузырей………………18
14. Приложение 9. Фокусы с пузырями………………………………………………..19

Введение

1.1. Выбор темы исследования.

Я люблю пускать мыльные пузыри. Рождение красоты из пены и воды, завораживает. Мне нравится наблюдать за тем, как они  переливаются на солнце и играют всеми цветами радуги. Это очень увлекательная забава, которая радует и детей, и взрослых.  Интересно, как давно человек «открыл» это чудо? Что за неведомая сила заставляет этот  пенный шарик подниматься вверх, а затем лопаться? Почему мыльные пузыри получаются разного размера? Мне хочется найти ответ на эти вопросы. Итак,  тема моего исследования – «Тайны мыльного пузыря».

1.2  Объект исследования: мыльный пузырь

1.3  Предмет исследования: состав, строение и свойства мыльного пузыря

1.4. Цель исследования.

Узнать, как образуется мыльный пузырь, и какими свойствами он обладает

1.5  Задачи:

• Выяснить, какую структуру  имеет мыльный пузырь
• Установить, почему пузырь имеет сферическую форму и переливается на солнце;
• Выяснить, почему при выдувании мыльный пузырь устремляется вверх
• Выявить факторы, влияющие на время существования и размер пузыря;
• Определить практическое значение мыльных пузырей

1.6 Гипотеза: существуют способы, воздействующие на  размер ,продолжительность существования мыльного пузыря

1.7 Методы исследования: работа с научно – популярной литературой, наблюдение, практическая работа,  обобщение.

Теоретическая часть

2.1 История появления мыльного пузыря 

Оказывается,  история мыльного пузыря насчитывает не одно тысячелетие. Мыльные пузыри радовали детей и взрослых ещё во времена древней Помпеи. Свидетельством тому являются фрески, найденные археологами при раскопках. В Китае были найдены старинные папирусы, где были изображены люди, которые выдували мыльные пузыри с помощью глиняных трубочек. В средние века изображение ангела, пускающего пузыри, помещали на надгробья и добавляли надпись: «От этого никто не уйдёт». Этим, по-видимому, хотели сказать, что жизнь хрупка, как мыльный пузырь.  Тема мыльных пузырей прослеживается в живописи на протяжении многих веков (Приложение 1)

Существует легенда о появлении первого мыльного пузыря, которая гласит: в один прекрасный день, когда наконец-то создали мыло, король одного королевства приказал всем вымыться мылом под страхом смертной казни. Но один старый сапожник по имени Пумпатус,  который больше всего на свете не любил мыть шею и никогда не расставался со своей курительной трубкой,  отказался выполнять приказ. Пумпатуса  насильно усадили в ванну с мыльной пеной, однако и это не заставило его вымыться. Когда Пумпатус попытался попыхтеть своей трубкой, он вдруг увидел, что  из трубки вылетел прекрасный прозрачный шар. Шар вылетел в окно и засиял на солнце. Все увидели это чудо. Пумпатуса, конечно, не казнили, а после этого мыльные пузыри стали популярны не только в одном маленьком королевстве, но и в целом мире!

2.2  Что же такое мыльный пузырь?  Какова его форма и структура?

По своему опыту я знаю, что пузырь - это  выдуваемый через соломинку и наполненный воздухом  мыльный шарик в тончайшей  оболочке - пленке.  

Оказывается, эта  плёнка представляет собой одну из самых тонких вещей, какие доступны невооружённому зрению. «Тонкий, как волос», «тонкий, как папиросная бумага» - означают огромную толщину рядом с толщиной стенки мыльного пузыря, которая в 5000 раз тоньше волоса и папиросной бумаги.

Ученые объясняют понятие «мыльный пузырь следующим образом: это шар, образованный микронной (тончайшей) плёнкой мыльного раствора с воздухом внутри.

2.3Форма и структура  мыльного пузыря

Плёнка мыльного пузыря – это тонкий слой воды, который находится между двумя слоями мыльного раствора. Эти слои состоят из достаточно сложных молекул - русалок - одна часть, которых является гидрофильной (любит контактировать с водой), а другая- гидрофобной (избегают подобного контакта, «боятся» воды ( Приложение 2)

 Оболочка, состоящая из гидрофильных и гидрофобных концов,  ограждает воду от высыхания и препятствует быстрому испарению.

Есть удивительный факт, который касается формы мыльного пузыря: ученые говорят, что мыльный пузырь всегда стремится к тому, чтобы его пленка занимала как можно меньшую площадь, но при этом удерживала как можно больше воздуха внутри.

2.4Почему мыльный пузырь сохраняет форму сферы?

 Пузырь существует потому, что поверхность любой жидкости и воды, в том числе, имеет некоторое поверхностное натяжение. Наличие сил поверхностного натяжения делает поверхность жидкости похожей на упругую растянутую пленку. Воздух, выдуваемый в трубочку, давит одинаково во все стороны и растягивает мыльную пленку одинаково. Поэтому надутый мыльный пузырь имеет форму шара. Стенки мыльного пузыря настолько тонкие, что почти ничего не весят. Именно поэтому мыльный пузырь так легко подхватывается ветром и летит по воздуху.

2.5Почему пузырь переливается разными цветами?

    Оболочка  пузыря имеет многослойное строение.  Луч белого света этими слоями «расщепляется» на составляющие – красный, жёлтый, зелёный, синий. Свет отражается  от первого и второго слоя мыла. Волны света смешиваются.  Эта смесь и образует различные  сочетания цветов (Приложение 3)

2.6Почему пузырь летит вверх?

Ответ на этот вопрос простой:  пузырь наполнялся при надувании теплым воздухом легких, который легче окружающего комнатного воздуха, именно поэтому выдуваемый пузырь тотчас же поднимался вверх.

2.7Как долго может существовать мыльный пузырь?

Принято считать, что мыльные пузыри недолговечны, они могут жить меньше минуты. Оказывается, это не совсем так.

Миф о недолговечности мыльного пузыря развеял англичанин Джеймс Дьюар. Он законсервировал мыльный пузырь в герметичном сосуде на месяц.

Преподавателю физики из штата Индиана удалось сохранить пузырь в стеклянной банке в течение 340 дней.

Возникает вопрос: что влияет на    время «жизни» и размер пенного красавца? Попробую выяснить это на практике.

Практическая часть

Опыты с мыльными пузырями

3.1 Опыт№1. «Определение мыльных лидеров»

В качестве исходных материалов для эксперимента мною были выбраны 7 разных составов с добавлением  теплой воды:  

средство для мытья посуды «FAIRY»,

стиральный порошок «Ушастый нянь»,

хозяйственное мыло,

гель для душа «Palmolive»

жидкое мыло «Бархатные ручки»,

шампунь «Лошадиная сила»,

готовая жидкость для мыльных пузырей, приобретенная в магазине (вода в нее  мною не добавлялась). Пузыри надувались через колечко от игрушки «Мыльные пузыри»

С каждым из растворов проведено по 10 попыток (выдохов). В эксперименте учитывалось: количество образовавшихся пузырей, диаметр (приблизительно), время существования пузыря (Приложение 4)

 В результате эксперимента выявились лидеры: хозяйственное мыло, гель для душа, шампунь, «FAIRY» и промышленный  раствор. С ними мы и продолжим эксперимент.

3.2 Опыт №2. «Добавляем глицерин»

Из Интернет – источников мне стало известно: для увеличения продолжительности существования мыльных пузырей используется глицерин. Проверим на практике: так ли это? Добавляем к лидирующим в      опыте №1 мыльным растворам одинаковое количество глицерина и повторяем испытание.

Результаты эксперимента заносим в таблицу (Приложение 5)

Вывод: добавив глицерин, можно увеличить время существования мыльного пузыря.

Лидером – долгожителем в данном испытании является пузырь из хоз/мыла. Продолжительность его жизни увеличилась в 3 раза. Объяснить это можно так: добавив глицерин,  мы максимально уплотняем пленочку пузыря, таким образом, замедляем испарение воды с  его поверхности.

Во время эксперимента выявлен еще один  момент: пузыри, полученные из шампуня с добавлением глицерина, хотя и прожили недолго (в среднем 6 сек), зато они были в 2 раза крупнее своих собратьев.

3.3 Опыт № 3 «Пузыри  с желатином»

Среди  полезных советов по изготовлению раствора для пузырей во многих литературных источниках дается рекомендация в качестве добавки использовать желатин. Проверим на опыте, что это даст? В эксперименте участвуют все те же экземпляры. Наблюдение ведем все аналогичным пунктам (кол-во пузырей, среднее значение диаметра, время существования мыльных пузырей)

Результат таков: добавление желатина в раствор для пузырей также увеличивает время существования пузырей. Однако размер пузырей уступает «глицериновым» (Приложение 6).

3.4 Опыт № 4   Замораживание мыльного пузыря

В научно- познавательной литературе приводится пример, когда  мыльный пузырь подвергался воздействию низкой  температуры. Проведя собственный эксперимент, по охлаждению мыльного пузыря до -7; -15  градусов, я убедилась, что  таким способом тоже можно увеличить время его существования. Пленка  такого пузыря оказывается не хрупкой,  а пластичной. При падении на пол на нем появились вмятины, отдельные обломки закрутились в трубочки. Пластичность пленки можно объяснить ее  малой толщиной (Приложение 7)

Вывод: пузырь, подвергнутый охлаждению, способен существовать еще дольше, чем с добавлением глицерина

3.5Опыт №5. «Пробуем разные приспособления для выдувания пузырей»

Покупая мыльный раствор в магазине, мною было замечено, что колечки, через которые выдувают пузыри, в разных бутылочках отличаются диаметром. Проверим, как это влияет на диаметр получаемых пузырей. Помимо фабричных колечек для выдувания пузырей в эксперимент включим трубочку от сока и  горлышко от пластиковой бутылки 0, 5 литра.

Результат: самые крупные пузыри были получены с помощью горлышка от пластиковой бутылки. Самые маленькие – из трубочки от сока (Приложение 8).

Вывод: на размер пузыря влияет диаметр приспособления для выдувания (трубочки, колечка, воронки и т.д.). Чем больше диаметр, тем крупнее получается пузырь.

Заключение

В  начале исследования мною был обозначен ряд проблемных вопросов, на которые  я по завершению работы могу дать ответы.  Итак, подведем итог.

Так, мне стало известно, что мыльный пузырь образуется из-за так называемого поверхностного натяжения, которое заставляет поверхность жидкости  стать похожей на упругую растянутую пленку.

Воздух, выдуваемый в трубочку, давит одинаково во все стороны и растягивает мыльную пленку одинаково. Поэтому надутый мыльный пузырь имеет форму шара. Получение мыльных пузырей другой (несферической) формы невозможно.

Стенки мыльного пузыря почти ничего не весят, а сам пузырь наполнен (благодаря нашему дыханию, теплым воздухом). Именно поэтому мыльный пузырь так легко подхватывается ветром и летит по воздуху.

Мыльные пузыри имеют переливающуюся окраску потому, что    оболочка  пузыря имеет многослойное строение.  Луч света «расщепляется» и отражается  от слоев мыла.

Практическим путем были выявлены факторы, оказывающие существенное воздействие на размер и продолжительность существования мыльных пузырей. К таким факторам можно отнести:

• Использование  добавок в виде  глицерина или желатина ,
• Использование в качестве основы для приготовления мыльного раствора хозяйственного мыла, средства для мытья посуды, геля для душа,
• Использование воронки при выдувании мыльных красавцев, что позволяет получить большие размеры пузыря,
• Использование кипяченой отстоявшейся воды для приготовления раствора.  При кипячении вода смягчается, т.к. все соли оседают на дно. Раствор получается качественнее, пузыри выдуваются крупные
• .Еще на размер пузырей играет то, с какой скоростью его выдувать. Лучше, если она будет, как можно выше. Это тоже поможет получить более крупный мыльный пузырь.
• пузырь, подвергнутый охлаждению, способен существовать еще дольше, чем с добавлением глицерина
• Для того чтобы посадить мыльный пузырь на поверхности стола, блюда или тарелки, их нужно предварительно смочить тем же мыльным раствором. Соприкасаясь с сухой поверхностью, пузыри тут же лопаются.

Работая по теме исследования, я также сделала открытие, что существует искусство рисования мыльными пузырями. Научилась помещать мелкие предметы внутрь мыльного пузыря, а также научилась делать «матрешку» из пузырей (Приложение 9)

Как оказалось, мыльные пузыри  явились прародителями аэростата (воздушного шара), который используют в метеорологии для наблюдения за погодой.

В мировой практике шоу бизнеса существуют настоящие мастера «мыльных пузырей». Они способны выдувать настоящие  пузыри -гиганты, в которых помещается полторы сотни людей! Мне это пока не удалось сделать. «Мыльные фокусы» шоумены не раскрывают, иначе могут остаться без прибыли. А вот устроить свое собственное шоу я запланировала на свой день рождения.

Список использованной литературы

1. Л.Г. Асламазов, А.А. Варламов. Удивительная физика. Библиотечка «Квант» 2007г.

2. Л.А. Горев. Занимательные опыты по физике. Москва «Просвещение» 2005г.

3.  Большая детская энциклопедия, г. Москва, Изд. «Росмэн»,2007

4.  Купер, Р. Теймз, М. Линкольн и др. Большая энциклопедия почемучек. – М.: Росмэн, 2002.

5.    Опыты в домашней лаборатории г.Москва,2000г

6.   Стивен У.Мойе  «Занимательная химия. Замечательные опыты с простыми

вещами»

7.   Журнал «Наука и жизнь», №2, 1982

8.   Ресурсы сети Интернет:

http://www.kp.ru/daily/24325.5/517571/ газета «Комсомольская правда»

http://www.den.lv/index.php?showtopic=22535 «Форум хорошего настроения»

http://www.vse-znaykin.ru/mil_puz.php «Всё знайка»

http://webinstruktor.blogspot.com/2008/01/6.html «Коллекция инструкций»

http://meganauka.com/pochemu/80-kak-chelovek-zastavil-rabotat-mylnye-puzyri.html научно-познавательный портал «Мега наука»

http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D1%8B%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%BF%D1%83%D0%B7%D1%8B%D1%80%D1%8C «Википедия»

http://bubblesmile.narod.ru/recept.htm «Сайт о мыльных пузырях»

http://class-fizika.narod.ru/p146.htm «Классная физика для любознательных»