Проектная работа по физике «Мыльные пузыри и их свойства»

Мосинские научные чтения школьников

«Шаг в науку»

Номинация: «Человек. Земля. Вселенная.»

Проектная работа

по физике

«Мыльные пузыри и их свойства»

Выполнили ученицы 7А класса

Сонина Влада

Научный руководитель

 Руководитель: Росохач Ольга Алексеевна

Тула - 2013

Содержание

Введение        

Вступление:        

Мыльный пузырь и их история        

Структура стенки мыльного пузыря        

Поверхностное натяжение и форма        

Замерзание пузырей        

Отражения        

Как лопаются пузыри?        

Практическая часть        

Заключение        

Список литературы        

Введение

Цель работы:

Исследовать некоторые физические свойства (характеристики) мыльного пузыря. Узнать, почему мыльные пузыри такие красивые и как выдуть огромный мыльный пузырь?

Задачи:

• Проверить растворы мыльных пузырей. Выяснить, с помощью, каких растворов получаются наиболее крупные и прочные мыльные пузыри.
• Выяснить, можно ли получить интересные по форме мыльные пузыри.
• Научиться получать крупные мыльные пузыри.
• Разработать методику получения мыльных пузырей
•  Проанализировать научную литературу по изучаемой теме

Предмет исследования:

 Получение больших прочных  пузырей из разных растворов, их поведение в различных условиях.

Методы работы: опытно-экспериментальные.

Оборудование:

1. Сосуды с раствором моющих средств.
2. Сосуд с дистиллированной водой.
3. Трубочки разных диаметров.
4. Рамки разных форм.

Вступление:

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

Томсон Кельвин

Почему мы выбрали эту тему?

Каждый из нас в своей жизни пускал мыльные пузыри. Мы тоже очень любим это занятие. И нам стало интересно: Что это такое мыльный пузырь? Как он образуется? Какие пузыри бывают? Какие эксперименты можно делать с мыльными пузырями?

Чтобы найти ответы на эти вопросы мы много работали. Мы читали энциклопедии, смотрели информацию в интернете. Проводили эксперименты, наблюдая за мыльными пузырями. 

Мыльный пузырь и их история

Мыльный пузырь – тонкая многослойная плёнка мыльной воды, наполненная воздухом, обычно в виде сферы с переливчатой поверхностью. Мыльные пузыри обычно существуют лишь несколько секунд и лопаются при прикосновении или самопроизвольно. Их часто используют в своих играх дети.

Мыльные пузыри, по-видимому, стали доступны лишь после изобретения «жирового» мыла. Хотя некоторые растительные экстракты (мыльный корень, лакрица) в принципе могли быть пригодны для создания пузырей, сведений о таких «древних» пузырях пока не обнаружено.

Точно установить дату появления мыльных пузырей невозможно. Но древние фрески, найденные при раскопках города Помпеи, свидетельствуют о том, что уже тогда дети забавлялись, выдувая мыльные пузырьки. Эти маленькие летающие шарики всегда тешили воображение детей и взрослых. Многие пытались изучить мыльные пузыри и достигли в этой области немалых успехов. Сегодня, используя законы физики, мы можем ответить на большинство вопросов, связанных с мыльными пузырями, а также познакомится с невероятными трюками с использованием мыльных пузырей.

Рекорд

Нам стало известно, что 37-летний англичанин Сэм Хит выдул самый огромный в мире мыльный пузырь, скорее целую мыльную тучу, которая парила в воздухе в парке Лондона.

Он использовал секретную формулу, над которой химичил двадцать лет. “Все зависит от правильного мыльного раствора”, – рассказывает мастер. – “Если у вас нет правильного состава, вы можете дуть сколько угодно, но у вас ничего не получится».

Однажды Сэм Хит выдул мыльный пузырь, внутри которого находилось 50 человек.

Структура стенки мыльного пузыря

Плёнка пузыря состоит из тонкого слоя воды, заключённого между двумя слоями молекул, чаще всего мыла. Эти слои содержат в себе молекулы

Оболочка мыльного пузыря состоит из тонкого слоя воды, который заключен между двумя слоями молекул, обычно мыла. Именно взаимодействие этих слоев обусловливает непрозрачность мыльного пузыря и его устойчивость. В стакане вода имеет только одну свободную поверхность и соответственно, на ней может образовываться только один слой молекул мыла. А свободная пленка имеет две поверхности, а значит на ней может сформироваться два слоя удлиненных молекул мыла. Вот из такой водной пленки, укрепленной молекулами мыла и состоит мыльный пузырь.

У каждой жидкости есть определенное поверхностное натяжение. Мыло делает поверхностное натяжение воды меньше и за счет этого мыльный пузырь более устойчив и какое-то время может парить в воздухе.

Поверхностное натяжение и форма

Пузырь существует потому, что поверхность любой жидкости (в данном случае воды) имеет некоторое поверхностное натяжение, которое 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. Распространённое заблуждение состоит в том, что мыло увеличивает поверхностное натяжение воды. На самом деле, оно делает как раз обратное, 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

Именно за счет поверхностного натяжения получается сферическая форма пузыря. Так как сфера имеет наименьшую площадь поверхности, то силы натяжения и формируют шар.

Замерзание пузырей

Еще одним довольно таки интересным фактом является то, что мыльный пузырь можно заморозить. И при этом он, вопреки ожиданиям, не разобьется, опустившись на землю, а станет эластичным, и если на него слегка надавить, то на нем появятся вмятины – видимые следы деформации. Замерзает мыльный пузырь при температуре около -7 0С. Для того чтоб заморозить мыльное чудо достаточно положить на него снежинку, и прямо у вас на глазах пузырь превратится в ледышку. Для этой цели можно также осторожно опустить пузырь на снег.

Отражения

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. Поскольку каждый проход света через плёнку создает сдвиг по фазе пропорциональный толщине плёнки и обратно пропорциональный длине волны, результат интерференции зависит от двух величин. Отражаясь, некоторые волны складываются в фазе, а другие в противофазе, и в результате белый свет, сталкивающийся с плёнкой, отражается с оттенком, зависящим от толщины плёнки.

Почему они переливаются.

Мы помним, что мыльный пузырь имеет форму сферы, а соответственно, две поверхности. Когда свет встречается с пленкой пузыря, какая-то часть света отражается от внешней поверхности, а другая часть света проникает внутрь пленки и отражается уже от внутренней поверхности. Из-за испарения воды, пленка становится меньше и мы можем наблюдать изменение цвета мыльного пузыря. Толстая пленка убирает из белого света красный компонент, тем самым оттенок света который отражается, становится сине-зеленым. Чуть более тонкая пленка убирает желтый оттенок, оставляя синий цвет, потом зеленый (остается пурпурный) и потом синий, оставляя золотисто-желтый.

Так как толщина мыльного пузыря даже в один момент постоянно меняется на разных участках, мы наблюдаем восхитительную и удивительную игру цветов.

Как лопаются пузыри?

Некоторые ученые всячески консервировали мыльные пузыри, храня их на протяжении нескольких суток и даже месяцев, но какой бы продолжительной не была жизнь мыльного пузыря, рано или поздно он все равно лопается. Задумывались ли вы над тем, как это происходит? Нам кажется, что это мгновенное действие. Вот мыльный пузырь еще есть, а вот он просто испарился в воздухе. Но знаете ли вы, что действие это направленное, а не хаотичное? Ученые подсчитали, что лопает мыльный пузырь за одну тысячную долю секунды, потому для того, чтоб увидеть это чудо им понадобилась камера способная снимать до 5000 кадров в секунду. На замедленной пленке было видно, что как только целостность мыльного пузыря нарушалась, его оболочка постепенно начинала разрушаться с места повреждения и далее по всей окружности. В подтверждение своих опытов ученые предоставили фото и видео, где четко виден процесс лопания мыльного пузыря.

Практическая часть

1.Мыльное исследование № 1:

Обычный способ надувания пузырей, с помощью трубочек используя различные растворы. И поведение их при низких температурах

В две баночки налили поровну мыльный раствор. В одну добавили несколько капель чистого глицерина.

Теперь из этих растворов один за другим выдули два приблизительно равных пузыря. Мы обнаружили, что  пузырь образованный из обычного мыльного раствора ( шампунь)  имеет дольшую продолжительность жизни, чем из глицерина.

Также замерзание пузыря с глицерином протекает немного по другому , чем пузыря из раствора шампуня:. Задерживается начало, и само замерзание идёт медленнее .

Мыльное исследование 2

Опыт с пленкой:

Получим плёнку на рамке и будем лить через нее воду. После этого мы будем наблюдать прохождение струи воды через мыльную пленку, которая при этом остается целой и невредимой.

Опыт доказывает, что вода обладает поверхностным натяжением, поэтому, даже струя воды не разрушает плёнку.

Опыт с пленкой №3

Очень эффектно смотрится колебание мыльной пленки на горизонтальной рамке. Если покачивать её вверх-вниз, то мыльная пленка вытягивается, демонстрируя свою эластичность. 

Вывод: Эти опыты доказывают существование сил поверхностного натяжения.

Опыт с плёнкой 4

Мыльные пузыри, получаемые с помощью различного рода рамок:

Мы пытались получить пузыри с помощью трубочек. Но посетив музей науки, поняли, что их можно  получить. Для этого использовали  рамки разных форм. Когда мы попробовали, нашему удивлению не было предела – настолько крупные и необычные получались пузыри! Сначала мы использовали рамку в виде кольца диаметром 15 см. Затем изготавливали  рамки большего размера. Использовали также для этих целей пяльцы для вышивания.

Опыт с плёнкой 5

Опыты с обручем.

И, наконец, мы решили для получения более крупных пузырей использовать обруч. Приподнимая обруч, образовывался широкий цилиндрический пузырь.

Заключение

Для выдувания пузырей лучше использовать различные трубочки и рамки. Чем больше диаметр трубки или рамки, тем крупнее получается пузырь.

Крупные пузыри с помощью больших рамок  лучше выдувать не с помощью своих легких, а используя движение воздуха.

Несомненно, мыльные красавцы хранят еще много секретов, над которыми придется поломать голову не одному изобретателю, а пока они радуют и взрослых и детей, даря особую радость и веселье.

Список литературы

1. Л.Г. Асламазов , А.А. Варламов. Удивительная физика. Библиотечка «Квант» 1987г.

2. Л.А. Горев. Занимательные опыты по физике. Москва «Просвещение» 1985г.

3. «Наука и жизнь», №2, 1982

Сайты:

2.www.show-milnih-puzirei.ru

3. www. allforchildren.ru/sci/perelman1-53.php

4. www.raditio-ru.org/wiki/