Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа №15

Творческий проект 

на тему: 

Выполнила: ученица 4 «Г» класса

Рубцова Валерия

Руководитель: Ващилина Татьяна Валерьевна

        Коломна 2018

Содержание

Введение

1. История мыльных пузырей.

2. Научные тайны мыльных пузырей.

3. Мыльные исследования и эксперименты.

Заключение

Список использованной литературы

Введение

В нем столько блеску было,
Была такая спесь,
А он - воды и мыла
Раздувшаяся смесь.

                  Самуил Маршак «Мыльные пузыри»

Каждый из нас пускал мыльные пузыри. Я очень люблю это занятие. Выдувая мыльные пузыри, забываешь все неприятности, поднимается настроение. 

Мыльный раствор в покупных мыльных пузырях очень быстро заканчивается и часто бывает очень некачественный. И мне стало интересно: Что это такое мыльный пузырь? Как он образуется? Какие пузыри бывают? Какие эксперименты можно делать с мыльными пузырями? Из каких растворов можно получить самые большие и прочные мыльные пузыри? Может ли мыльный пузырь разбиться как стекло? Как ведёт себя мыльный пузырь на морозе? Почему мыльный пузырь стремиться принять форму сферы? Можно ли выдувать квадратные мыльные пузыри? Можно ли получить цветные мыльные пузыри? В общем, вопросов возникает очень много.

Чтобы найти ответы на эти вопросы я много работала. Я читала энциклопедии, прочитала книги, журналы, ходила в библиотеку, смотрела информацию в интернете. Проводила эксперименты, наблюдая за мыльными пузырями.

Тема исследования: «Тайны мыльных пузырей»

Время и место проведения: Работа проводилась с ноября 2017г. в обычных домашних условиях.

Цель исследования: Узнать, почему мыльные пузыри такие красивые и как выдуть огромный мыльный пузырь?

Задачи:

- Проанализировать научную литературу по изучаемой теме

- 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.

- Выяснить, можно ли получить цветные мыльные пузыри.

- Разработать методику получения мыльных пузырей.

Объект исследования: мыльные пузыри

Предмет исследования: получение больших прочных пузырей из разных растворов, их поведение в различных условиях.

Методы исследования:

- Анализ научной литературы по данному исследованию

- Наблюдение за мыльными пузырями из различных растворов

- Эксперимент

1. История мыльных пузырей

Как бы странно ни прозвучало, однако самая популярная игрушка в мире – мыльные пузыри. Каждый год продается более 200 миллионов флакончиков с поистине волшебной жидкостью. У этого, довольно банального развлечения очень богатая история.

Считается, что мыльным пузырям не одна тысяча лет. При раскопках города Помпеи археологи обнаружили фрески, которые изображали детей, выдувающих пузыри. А на старинных китайских папирусах сохранились изображения людей, которые через глиняные палочки выдувают прозрачные шары.

Очень долго мыльные пузыри выдували из мыльного раствора, оставшегося после стирки. И только «Pears Soap Company» в конце XIX века (а именно в 1886 году) поставила на поток производство мыльного раствора для пузырей. Эту «волшебную» жидкость сначала можно было приобрести лишь в фирменных магазинах, но уже в начале XX века флаконы с раствором для мыльных пузырей продавались практически на каждом углу и стоили смешных денег. Этот товар пользовался огромным спросом.

Следующей компанией, которая также начала выпускать мыльные пузыри, стала «Chemtoy», и это произошло в 40-х годах. Однако самую широкую известность мыльные пузыри приобрели в 60-х, вместе с появившимся тогда движением «хиппи». Дети цветов, которые пропагандировали «мир во всем мире», выбрали радужные шарики одним из символов своего движения.

Считается, что главные потребители мыльных пузырей – дети, однако многие ученые также не смогли обойти стороной эту забаву. Английский физик Уильям Томсон (он же лорд Кельвин) в своих лекциях неоднократно упоминал о том, что выдувая мыльный шарик и наблюдая за ним, можно сделать множество открытий.

Например, Альберт Эйнштейн многие свои открытия сделал… купаясь в ванной. Он мог долгое время нежиться в мыльной воде и играть с радужными пузырями. Эйнштейн абсолютно забывал о времени и погружался в свою особенную реальность. И все благодаря мыльным пузырям. Еще один физик Чарльз Бойс почти сто лет назад написал целую книгу под названием «Мыльные пузыри». Эта книга довольно подробно рассказывает о том, что же такое мыльный пузырь, как он образуется и какими особенностями обладает.

Изначально для выдувания радужных шариков использовалась мыльная вода, соломинка и собственное дыхание. Однако, вскоре появилась настоящая машина, которая могла в считанные секунды произвести на свет сотни прозрачных шариков. Такие приспособления получили широкое распространение в кино, театре, а также на разнообразных праздниках.

Многие из нас в детстве очень любили выдувать радужные шарики. И самой большой радостью был новый флакон мыльных пузырей, ведь заводской раствор позволял выдувать до сотни шаров за один раз. После того, как «волшебная жидкость» заканчивалась, многие брались «химичить». Чего только в воду не подмешивали! И шампунь, и порошок, и чистящие средства. А итог был один – такого большого количества довольно прочных пузырей, как из «заводской» жидкости, сделать не получалось. Жаль, что тогда мы просто напросто не знали довольно простой рецепт изготовления мыльного раствора: необходимо взять 600 мл воды, влить в нее 200 г жидкого моющего средства или шампуня и 100 мл глицерина. Глицерин можно легко найти в любой аптеке. Именно благодаря глицерину мыльные шарики «живут» дольше. Кстати, если вместо обычной воды взять дистиллированную, то пузыри получатся еще крепче.

В 1994 году Тим Кехоэ поставил цель – изобрести идеальный краситель для мыльных пузырей. Первые его опыты с пищевыми красителями дали слабый результат – пузыри имели бледный, едва заметный оттенок. Годы ушли на то, чтобы изобрести идеальную формулу жидкости, которая позволяла бы создавать цветные мыльные пузыри, не оставляющие пятен на поверхностях. Это изобретение было запатентовано. Называются такие пузыри «Zubbles».

Кстати, в книге рекордов Гиннеса содержится несколько довольно впечатляющих результатов по выдуванию мыльных пузырей. В 1996 году Аланом Маккеем был выпущен мыльный пузырь длиной 32 метра. В 1997 году Фэн Янг смог сделать самую большую в истории стену из мыльных пузырей, высота стены составляла почти 50 метров, а ее площадь – 370 м2. А в 2007 году Сэму Хисту удалось разместить в мыльном пузыре (размером 1,5 на 3,3 метра) 50 человек!

2. Научные тайны мыльных пузырей

Чтобы попытаться приоткрыть завесу тайны мыльных пузырей, мы сформулировали для себя следующие вопросы и попытались найти ответы на них, в том числе используя современные научные представления.

Что собой представляет мыльный пузырь?

Мыльный пузырь – тонкая многослойная пленка мыльной воды, наполненная воздухом, обычно в виде сферы с переливчатой  поверхностью. Мыльные пузыри обычно существуют лишь несколько секунд и лопаются при прикосновении или самопроизвольно [7].

В переносном смысле «мыльными пузырями» принято называть привлекательные, но недолговечные идеи и проекты.

Пленка пузыря состоит из тонкого слоя воды, заключенного между двумя слоями молекул поверхностно-активных веществ (или сокращенно ПАВ), чаще всего мыла (см. рис.1). Особенность молекул ПАВ в том, что они состоят из двух частей. Одна часть которых является гидрофильной («любящей воду»), а другая гидрофобной («боящейся воды») (см. рис.2).

Гидрофильная часть привлекается тонким слоем воды, в то время как гидрофобная, наоборот, выталкивается. В результате образуются слои, защищающие воду от быстрого испарения, а также уменьшающие ее поверхностное натяжение.

От чего зависит прочность мыльных пузырей?

Пузырь существует потому, что поверхность любой жидкости (в данном случае воды) имеет некоторое поверхностное натяжение, которое делает поведение поверхности похожим на поведение эластичной пленки, например, резиновой. Однако, пузырь, сделанный только из воды, нестабилен и быстро лопается. Для того чтобы стабилизировать его состояние, в воде растворяют какие-нибудь ПАВ, например, мыло. Мыла или ПАВ снижают поверхностное натяжение воды в 2-4 раза. Под действием движения воздуха шарообразная поверхность мыльного пузыря искажается, хотя его объем – сохраняется прежним. Искажение поверхности приводит к росту площади мыльной пленки, она в некоторых местах растягивается. Концентрация молекул ПАВ на поверхности пленки в местах растяжения снижается, а поверхностное натяжение – растет. Возникает движение раствора в пленке, стабилизирующее пузырь – обратная связь, увеличивающая устойчивость мыльного пузыря.

При этом состав раствора для пузырей подобран специально, чтобы пленка была более прочной и более упругой. Эта пленка на поверхности жидкости всегда туго натянута. Поэтому и явление называют поверхностным натяжением.

Почему мыльные пузыри круглые?

Причина этому – силы поверхностного натяжения жидкости. Они возникают между частицами воды. Частицы воды или другой жидкости притягиваясь, друг к другу, стремятся сблизиться. Каждая частица на поверхности притягивается остальными частицами, находящимися внутри жидкости, и поэтому устремляются друг к другу (см. рис.3).

Именно за счет поверхностного натяжения получается сферическая форма пузыря. Эта форма может быть существенно искажена потоками воздуха и самим процессом надувания пузыря. Однако, если оставить пузырь, свободно парить в воздухе, его форма очень скоро станет близкой к сферической.

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 (см. рис.4). Наблюдаемый в отражении цвет излучения определяется интерференцией этих двух отражений.

В конце концов, стенка пузыря становится тоньше, чем длина волны видимого света, все отражающиеся волны видимого света складываются в противофазе и мы перестаем видеть отражение совсем (на темном фоне эта часть пузыря выглядит «черным пятном»). Когда это происходит, толщина стенки мыльного пузыря меньше 25 нанометров, и пузырь, скорее всего, скоро лопнет.

Эффект интерференции также зависит от угла, с которым луч света сталкивается с пленкой пузыря. И даже если бы толщина стенки была везде одинаковой, мы бы все равно наблюдали различные цвета из-за движения пузыря. Но толщина пузыря постоянно меняется из-за гравитации, которая стягивает жидкость в нижнюю часть так, что обычно мы можем наблюдать полосы различного цвета, двигающиеся сверху вниз.

Как долго «живут» мыльные пузыри?

Раньше бытовало мнение, что «жизнь» мыльного пузыря быстротечна. Однако это представление развеял изобретатель англичанин Джейм Дьюар. Он провел эксперимент и попробовал законсервировать пузыри в особых герметичных емкостях, надежно защитив их от внешних воздействий. Оказалось, что мыльные пузыри могут сохраняться по месяцу и даже более.

У одного из преподавателей физики в американском штате Индиана мыльный пузырь, помещенный в стеклянную банку, «прожил» целых 340 дней. Есть сведения, что под стеклянным колпаком воздушные шары из мыла хранятся по многу лет.

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? Вначале нижняя часть пузыря будет утолщаться, а центральная верхняя – утончаться. Это отчетливо видно по потокам жидкости, меняющим пятнистую окраску пузыря. В какой-то момент пузырь лопнет. Нам кажется, что это мгновенное действие, но на самом деле мы видим лишь заключительную стадию – пузырь превращается в совокупность капель, расположенных по периметру. Как правило, очаг разрушения, разрушения оказывается в верхнем, самом тонком месте пленки.

Интересные факты о мыльных пузырях

• Подсчитано, что из капли мыльной воды в 1 мм куб можно выдуть пузырь диаметром 20 см, а 1 мл раствора хватит на пузырь диаметром 6 м.
• Житель Швейцарии Ханс Рудольф Сутер выдул мыльный пузырь в длину более чем на 4 метра. Впоследствии его имя было внесено в «Книгу рекордов Гиннеса».
• Этот рекорд побил новозеландец Алан Маккей, который в августе 1996 г. смог вытянуть самый длинный мыльный пузырь – в 32 метра длиной.
• В 1997 г. – Фэн Янг соорудил самую большую в мире стену из мыльных пузырей высотой около 48 м и площадью 370 м2.

• Оказывается, 10 мая в Самаре празднуют День мыльных пузырей.
• В Японии традиция выдувать мыльные пузыри насчитывает уже не одно столетие. В этой стране наборы для выдувания мыльных пузырей продают с 1677 года.
• Жидкость для выдувания мыльных пузырей - самая продаваемая игрушка в мире. Ежегодно скупается более 200 миллионов пузырьков с этой волшебной жидкостью.
• Существует нетрадиционная техника рисования – рисование мыльными пузырями.
• Обращали ли вы внимание, что мыльные пузыри зимой при выдувании поднимаются вверх, а летом падают вниз? Это происходит от того, что теплый воздух легче холодного и зимой разница между температурой воздуха в комнате (особенно вблизи окон) и выдуваемого вами в пузырь достаточна, чтобы преодолеть тяжесть его оболочки. Наполняя мыльные пузыри водородом, можно увидеть их летящими ввысь и в самый жаркий летний день. Это объясняется тем, что легкий летний воздух тяжелее водорода.
• Заморозить, чтобы затем воскресить мыльный пузырь, ученым удалось сравнительно недавно. Эксперименты показали, что пузыри замерзают при температуре около -7 градусов по Цельсию. Пленка при этом сохраняет пластические свойства, и при падении на землю пузырь не разбивается на множество осколков, как стеклянный елочный шарик: на пузыре образуются видимые невооруженным глазом вмятины, а при сильном ударе он  распадается на  скрученные в  трубочки формы.

3. Мыльные исследования и эксперименты

Люди, которые научились выдувать удивительные по размеру и прочности мыльные пузыри не спешат разглашать свои секреты. Поэтому, я решила создать раствор для мыльных пузырей самостоятельно. Я хочу, чтобы из раствора получались мыльные пузыри больших размеров.

Самое время провести эксперимент и найти самый лучший состав для получения желаемого результата. Получается, что в таком простом мыльном деле есть немало хитростей.

Конечно, всё зависит от состава мыльных пузырей.

Пройдясь по бескрайним просторам интернета, можно найти много рецептов больших мыльных пузырей, но какой из них лучше, понять очень сложно, что ж постараюсь исследовать собственные составы.

Изучая литературу, я узнала, что лучше использовать хозяйственное мыло, глицериновое мыло, жидкость для мытья посуды и детский шампунь. Для своего эксперимента я взяла: хозяйственное мыло 72% (старое), хозяйственное мыло 72% (современное для стирки в жёсткой воде), глицериновое мыло, вазелиновое мыло, жидкость для мытья посуды (фэри) и детский шампунь.

Для растворов я использовала талую снеговую воду. Мне понадобилось 6 стаканов: 1 - хозяйственное мыло 72% (старое) + вода, 2 - хозяйственное мыло 72% (современное для стирки в жёсткой воде) + вода, 3 - глицериновое мыло + вода, 4 - вазелиновое мыло + вода, 5 - жидкость для мытья посуды (фэри) +вода, 6 – детский шампунь (Ушастый нянь) + вода.

В этих составах я тестировала следующее:

• Сколько получается пузырей из надутых подряд десяти пузырей.
• Размер мыльного пузыря (измерялся линейкой помощником)
• Время жизни пузыря

Данные я заносила в таблицу, на основе которой создавала гистограмму. Здесь наглядно видно, что самые лучшие помощники – это раствор №1, №3 и №6 Именно с этими растворами буду экспериментировать дальше. А с остальными можно попрощаться.

Я добавила к этим растворам глицерин, желатин, сахар. И пронумеровала растворы: 1 - хозяйственное мыло 72% (старое) + вода + глицерин,

2 - хозяйственное мыло 72% (старое) + вода + желатин + сахар,

3 – Глицериновое мыло + вода + сахар,

4 - Глицериновое мыло + вода + сахар + желатин,

5 – детский шампунь + вода + сахар,

6 - детский шампунь + вода + глицерин,

7 - детский шампунь + вода + желатин + сахар.

Исследуя эти растворы, я наблюдала за временем жизни пузыря (определяла его прочность) и размер. Ведь моей задачей является найти составы для получения самых прочных и крупных мыльных пузырей. И вновь, результаты можно увидеть на гистограмме. Найден победитель – состав №6

На этом я не останавливаюсь. Устрою испытания и для этого состава, дополняя его различными компонентами. Возможно, получится найти рецепт более прочных и крупных пузырей.

Нумерую растворы:

1 – оставляем без изменений: детский шампунь + вода + глицерин,

 2 – детский шампунь + вода +глицерин + перекись водорода 3%,

3 - детский шампунь + вода +сода + перекись водорода 3%

Изучая литературу, я узнала, что чем крупнее рамка для выдувания, тем крупнее мыльный пузырь. На этот раз я буду выдувать пузыри из отрезанного горлышка 0,5-литровой бутылки. Именно поэтому, я оставила в эксперименте первый состав без изменений. Вновь я наблюдаю за размером и временем жизни.

Результат оказался двояким: хочешь получить пузырь-долгожитель – бери рецепт №1, Хочешь получить самый крупный - №2 Я заметила, что при добавлении перекиси водорода мыльный пузырь при выдувании сразу стремится подняться вверх и стеночки его так тонки и переливчаты. Но, к сожалению, перекись водорода сокращает время жизни мыльного пузыря.

Я решила добавить в этот состав яичный желток (им раньше мыли голову, значит, он пенится) – прочность пузыря увеличилась, а вот размер значительно уменьшился.

Я добавила в этот состав клей ПВА – пузыри стали получаться с беловатыми вкраплениями и очень тяжеловесными – это не позволило получить крупные пузыри, а так же клей не помог продлить жизнь мыльного пузыря.

Экспериментировать с растворами можно бесконечно, меняя пропорции, добавляя всё новые составные части. Я пока остановлюсь на описании экспериментов, но сами эксперименты продолжу, а вдруг да получится у меня выдуть метровый мыльный пузырь. Только вот, не ртом, наверно, его надувать нужно. Если своё 35-ти сантиметровое чудо я выдувала с большим трудом – устала.

Ещё я хочу отметить, что на качество мыльно пузыря оказывает влияние время жизни мыльного раствора. (Некоторым растворам нужно настояться, а некоторые годятся только для сиюминутного использования).

Экспериментируя, я убедилась, что вода в составе мыльно раствора должна быть мягкой – обессоленной или дистиллированной, так как жёсткая вода буквально рвёт мыльную оболочку. А мыльный состав стеночки должен быть максимально увлажнён, чтобы стеночка не сохла быстро (ведь вода испаряется очень быстро и пузырь теряет свою упругость и лопается). Для этого прекрасно подходят желатин (в небольших количествах, предварительно размоченный) и глицерин.

Все думают, что пузырь должен быть в форме сферы. Я пробовала получить пузыри различных форм, используя квадратную и треугольную рамки. И убедилась в том, что форма мыльного пузыря, независимо от формы рамки, имеет форму сферы. В моих экспериментах мне помогали брат, родители, друзья.

Я предполагала, что если мыльный раствор будет гуще, то пузыри будут крупнее и прочнее, но в ходе эксперимента я убедилась в обратном. Достаточное наличие воды в составе – необходимо.

Я решила получить свои цветные мыльные пузыри, добавляя в раствор акварельные краски, но цвет раствора никак не повлиял на цвет мыльного пузыря. Добавила раствор йода, который так сильно въедается во все поверхности, зелёнку, но мыльные пузыри окрашиваться не захотели.

Чем же ещё можно попробовать окрасить эти пузыри? Эта тайна остаётся для меня закрытой. При добавлении краски в мыльный раствор, качество выдуваемых пузырей резко ухудшилось, а вот при добавлении йода мне стало при выдувании пузырей трудно дышать (не советую повторять мой эксперимент).

Никогда ранее я не додумалась пускать мыльные пузыри зимой.

А тут на моих глазах произошло чудо – мыльный пузырь предстал перед моим взором в новой красе, мне, даже, удалось подержать его в руках, почувствовав его форму.

Необходимым условием выдувания «рождественских» мыльных пузырей является отсутствие ветра.

А когда мыльный пузырь лопается, то напоминает полиэтиленовую плёнку.

Как говорится, голыми руками мыльный пузырь не возьмёшь. А вот если руки смочить тем же самым раствором, тогда успех обеспечен.

Удалось поймать мыльный пузырь, надев на руки шерстяные варежки. А когда мы с мамой решили расстелить шерстяное одеяло на полу, то с мыльными пузырями удалось поиграть: они катались по одеялу от лёгкого дуновения.

В чём причина того, что на ворсистой поверхности мыльный пузырь не расплющивается, как на гладкой поверхности, а имеет сферическую форму и может даже пружинить на ней как мячик? Думаю, что на вопрос «почему» ответить поможет изучение физики в старших классах.

Я решила провести фокусы с мыльными пузырями.

Мыльный пузырь вокруг статуэтки

В сети интернет есть описание такого трюка, но я сделала не так, как там написано. Я выдула мыльный пузырь на поверхности стола и опустила в него мыльную статуэтку мыльной рукой и спокойно извлекла руку.

Думаю, что когда я смогу раскрыть эту тайну мыльного пузыря, то подскажу врачам, как не повреждая кожи пациента провести хирургическую операцию.

Неизвестный зверь

Выдувая мыльные пузыри на поверхность стола мне удалось получить неизвестного науке зверя.

Заключение

Изучение данной темы для меня оказалось очень интересным, поскольку я не только определила, какой состав раствора является самым подходящим для выдувания больших и прочных пузырей, но и узнала много нового о мыльных пузырях с точки зрения новых для меня наук физики и химии. При этом я все больше убеждаюсь в правильности высказывания английского ученого Томаса Кельвина, жившего в прошлом веке: «Выдуйте мыльный пузырь и смотрите на него: вы можете заниматься всю жизнь его изучением, не переставая извлекать из него уроки физики». И недаром английский ученый Чарльз Бойс более чем сто лет тому назад посвятил мыльным пузырям одним из своих самых фундаментальных трудов с одноименным названием.

Список литературы

1. Берлина, О.В. Коллоидная химия: Лабораторный практикум / О.В. Берлина, С.А. Голянская. –Тюмень: РИО ГОУ ВПО ТюмГАСУ, 2009. – 73 с.
2. Бойс, Ч. Мыльные пузыри / Ч. Бойс. – М.: Детиздат, 2016. – 127 с.
3. Большая детская энциклопедия. – М.: Махаон, 2014. – 336 с.
4. Гегузин, Я.Е. Пузыри / Я.Е. Гегузин. – М.: Наука, 2014. – 176 с.
5. Рюмин, В.В. Занимательная химия / В.В. Рюмин. – М.: Центрполиграф, 2015. – 221 с.
6. http://www.voprosy-kak-i-pochemu.ru
7. http://www.wikipedia.ru