Исследовательская работа "тайна мыльного пузыря". Проект в начальной школе "тайны мыльных пузырей" Применение мыльных пузырей
Муниципальное общеобразовательное учреждение
«Средняя общеобразовательная школа № 2 п. Карымское»
Исследовательская работа
Тема: Тайна мыльных пузырей
Направление: Мир чудес
Выполнила: Волкова Дарья Сергеевна
2 « Б» класс
Научный руководитель:
Учитель технологии
Волкова Галина Юрьевна
2017 г.
Введение ……………………………………………………. …………………2
Основная часть
Глава I. Теоретическое исследование
1.1. Что такое «мыльный пузырь»? ……………………………..………… . 4
1.2. Происхождение мыльного пузыря……………………………………..5
1.3. Почему мыльный пузырь круглый? .......................................................5
1.4. Писатели и поэты о мыльных пузырях………………………………...6
1.5. Мыльные пузыри и художники………………………………………...7
Глава I
2.1. Рецепты изготовления мыльных пузырей…………………………….….9
2.2. Опыты с мыльными пузырями…………………………………………..11
Глава I II. Заключение …………………………………………………………………….13
Литература ……………………………………………………………...........14
Приложение
Введение
Летящие по воздуху переливающиеся всеми цветами радуги прозрачные шары. Что это? Ну, конечно, каждый знает ответ - мыльные пузыри. Мыльные пузыри были не только детской забавой, но и объектом для размышлений философов о смысле жизни. Не просто красивым явлением природы, но и интересовали серьёзных учёных. Английский физик Чарльз Бойс был так заинтригован мыльными пузырями, что написал 200 -страничную книгу: «Мыльные пузыри. Их цвет и силы, придающие им форму». Эта книга по сей день является как детской забавной книжкой, так и настольным пособием для физиков-теоретиков и экспериментаторов. Раствор для мыльных пузырей можно купить в магазине или приготовить самостоятельно.
А как же они появляются и что такое «мыльный пузырь»? можно ли дома самому приготовить раствор для мыльных пузырей и что для этого нужно? Из каких растворов можно получить самые большие и прочные мыльные пузыри.
Цель работы - исследовать рецепты мыльных пузырей, выявить наиболее эффективные из них; выявить свойства и форму мыльных пузырей.
Задачи:
Познакомиться с понятием «мыльный пузырь».
Изучить литературные источники.
Изучить рецепты приготовления мыльных пузырей.
Провести исследование жидкостей для надувания мыльных пузырей, получаемых из разных составов.
Провести исследование свойств и форм выдувания мыльного пузыря.
Методы исследования :
Эксперимент, фото-фиксация;
Работа с информационным источником;
Социальный опрос; беседа;
Анализ и обобщение информации.
Объект исследования : мыльный пузырь
Предмет исследования : форма и состав мыльных пузырей;
Гипотеза:
1.Предположим, что и спользуя проволочные каркасы разных геометрических форм, можно выдуть мыльные пузыри некруглой формы;
2. Размеры и время жизни мыльных пузырей зависят от состава жидкости.
Глава I. Теоретическое исследование
1.1. Что такое «мыльный пузырь»?
Говорят, человеку не надоедает смотреть на три вещи: огонь, воду и звёздное небо. Нужно четвёртым пунктом добавить мыльные пузыри. Проанализируем этот факт с точки зрения простого обывателя. Глядя на проплывающие мыльные пузыри, и у детей, и у взрослых захватывает дух. Сколько удовольствия мы получаем, надувая и наблюдая за переливами всех цветов радуги на их поверхности. Мыльные пузыри популярны во всем мире.
Что же это такое радужное чудо - мыльный пузырь?
В «Толковом словаре русского языка» Ожегова Сергея Ивановича есть такое определение: Наполненный воздухом прозрачный шарик в жидкости, жидкой массе. Мыльный пузырь (выдуваемый из мыльной пены; также перен.: о чем-н. ярком, но непрочном, о дутой величине; неодобр.).
1.2. Происхождение мыльного пузыря
В сети интернет мы узнали историю появления мыльных пузырей. Она связана с человеком по имени Пампатус, который из-за своего страха сам того не подозревая придумал способ выдувания мыльных пузырей.
В один прекрасный день, когда наконец-то создали мыло король, ничуть не шутя, приказал всем вымыться мылом под страхом смертной казни. Только один старый сапожник по имени Пумпатус сидел, спрятавшись, в своей сапожной будке. Больше всего на свете Пумпатус не любил мыть шею. За окном послышались шаги. Два огромных стражника взяли Пумпатуса подмышки и через пять минут уже подвели его к городской тюрьме. В комнате, где заперли Пумпатуса, была ванна с мыльной пеной и много полотенец. «Согласен?» - спросили два огромных стражника. «Ни за что!» - отвечал Пумпатус. И его оставили, чтобы он в последний раз выкурил свою трубку. Пумпатус затянулся и вдруг увидел, что из трубки вылетел прекрасный прозрачный шар. Шар вылетел в окно и засиял на солнце: в нем прыгали маленькие радуги. За первым шаром вылетел второй. Пумпатус во все глаза смотрел на происходящее чудо. Прохожие внизу тоже задрали головы, чтобы посмотреть на это. Вскоре собралась толпа, и начался переполох. О том, что Пумпатуса должны были казнить, все, конечно, забыли. Профессор, которого пригласили во всём разобраться, осмотрел трубку Пумпатуса. «В трубку попала мыльная пена. Вот в чём дело», - объявил профессор толпе под окном. В этот день никто не курил трубок. Все наполнили трубки мыльной пеной и пускали пузыри. Все небо было разноцветным от мыльных пузырей. Дамам стали дарить букеты из мыльных пузырей. Правда такие букеты лопались, но зато вместо них приходилось дарить сразу новые. И дамы были счастливы. Пумпатуса, конечно, не казнили, а после этого мыльные пузыри стали популярны не только в одном маленьком королевстве, но и в целом мире!
1.3. Почему мыльный пузырь круглый?
Все мы восхищаемся пузырями, особенно мыльными — их идеально круглой формой и переливающейся разными красками поверхностью. Чарльз Бойз назвал мыльные пузыри великолепным экспериментальным объектом и указал, что силы, которые придают форму пузырю, присутствуют во всех жидкостях. Эти силы вездесущи. Без них не обхо-дится заварка чая, без них нельзя закрыть текущий кран на кухне, о них помнят, ныряя в воду. В общем, всякая жидкость обладает этой силой. Представим себе, что мы наполняем водой воздушный шарик. Чем больше воды мы в него наливаем, тем сильнее растягивается резиновая оболочка шарика. В конце концов, она перестанет растягиваться и лопнет. Теперь представим себе каплю воды. Вода собирается на кончике пипетки в виде растущей капли. Капля становится все больше и больше. Наконец она достигает определенного критического размера и отрывается от кончика пипетки
Чарльз Бойз был так заинтригован мыльными пузырями, что написал 200 страничную книгу «Мыльные пузыри. Их цвет и силы, придающие им форму»
Так все же почему мыльный пузырь круглый? Причина этому - силы поверхностного натяжения жидкости. Силы поверхностного натяжения стремятся придать мыльному пузырю максимально компактную форму. Самая компактная форма в природе - это шар (а не куб, например). При шарообразной форме воздух внутри пузыря равномерно давит на все участки его внутренней стенке (по крайней мере, до тех пор, пока пузырь не лопнет) .
1.4. Писатели и поэты о мыльных пузырях
Мыльные пузыри не могут оставить равнодушным никого: ни клоуна, ни ученого, ни взрослых, ни детей, ни художника, ни писателя, ни поэта. Вот, например, известный американский писатель Марк Твен так говорил: «Мыльный пузырь - самое красивое и самое совершенное, что существует в природе».
А русские детские поэты написали стихи об этом явлении (приложение I ).
1. Е.Благинина «Мыльный пузыри».
2. С. Маршак «Мыльные пузыри»
3. Р.Сеф «Мыльный пузырь».
Занявшись вплотную исследовательской работой, мне попалась на глаза сказка Г.Х.Андерсена, ранее мной не прочитанная, "Комета". В этой сказке есть описание того момента, как мальчик пускал мыльные пузыри. «Перед ним стояло на столе склеенное блюдечко с мыльной водой, он погружал в нее маленькую глиняную трубочку, брал в рот другой конец ее и пускал мыльные пузыри — и большие, и маленькие. Они колебались и переливались всеми цветами радуги, из желтых становились красными, из лиловых в голубые, а потом вдруг окрашивались в ярко-зеленый цвет листьев, залитых в лесу лучами солнышка.
- Дай Бог прожить тебе столько лет, сколько пустишь пузырей! - сказала мать.
Ох, как много! - воскликнул мальчик. - Этой мыльной воды хватит на век! »
1.5. Мыльные пузыри и художники
Не обошли стороной тему мыльных пузырей и художники (приложение II ).
Глядя на картину известного французского художника Жана Батиста Симеона Шардена «Мыльные пузыри» (1733-35) мы видим детей, надувающих мыльные пузыри в прекрасный солнечный день. Как известно, и великий Рембрандт не обошёл стороной эту тему. Он написал картину «Амур с мыльным пузырём». Также не менее известная картина маслом Джона Эверетта Милле «Мыльные пузыри» (1885—1886г).
Глава I I. Экспериментальное исследование
В начале своего исследования я провела опрос среди учащихся начальной школы, в котором приняло участие 28 человек. Школьникам были заданы следующие вопросы:
1. Нравится ли тебе пускать мыльные пузыри?
да нет
2. Поднимают ли тебе настроение мыльные пузыри?
да нет
3. Какой раствор ты используешь для выдувания мыльных пузырей?
покупаю делаю сам другое
4. Что ты чаще используешь для приготовления раствора мыльных пузырей?
Шампунь моющее средство мыло порошок другое
5. Какой формы получался у тебя мыльный пузырь?
круглой квадратной овальной цилиндрической другие
Как видно из результатов опроса мыльные пузыри любимая забава для учащихся начальной школы, которая поднимает им настроение. Пузыри парят в воздухе, приливаясь всеми радужными красками и всегда вызывают улыбку. Маленькую баночку с мыльным раствором всегда можно купить в магазине, что некоторые дети (13 чел) и делают. Однако она быстро заканчивается. Большинство ребят (16 чел) самостоятельно разводят состав для мыльных пузырей. В качестве ингредиентов для раствора они указали следующее:
Шампунь (17ч), моющее средство (8ч), мыло (3ч), порошок (2 ч). При выдувании мыльных пузырей у ребят получались круглые пузыри (28 ч), квадратные (0ч), овальные (2ч), цилиндрические (0ч), другой формы (0 ч)
Я и сама не раз в домашних условиях разводила растворы для мыльных пузырей, а недавно стала задумываться о том, есть ли такие растворы, из которых получаются мыльные пузыри больших размеров и которые долго не лопаются.
Поэтому я решила провести несколько экспериментов и узнать, из чего лучше всего получаются мыльные пузыри, и какие растворы придают мыльному пузырю долгую жизнь.
2.1. Рецепты изготовления мыльных пузырей
В интернете можно найти много рецептов мыльных пузырей, но какой из них лучше, понять сложно, постараюсь самостоятельно исследовать 5 составов для мыльных пузырей.
Состав №1
На 100гр. средства для мытья посуды необходимо взять 300мл. воды и 50мл. глицерина. Всё хорошенько размешать и ваш раствор готов.
Состав №2
На 600мл. горячей воды, 300мл. глицерина, 20 капель нашатырного спирта и 50 г моющего средства в порошке. Всё хорошенько размешать и поставить на 12 часов в холод!
Состав №3
100 мл обычного шампуня, 100 мл воды, 2 ч.л. сахара.
Состав №4
4ст. ложки мыльной стружки растворить в 400мл. горячей воды. Раствор оставить на несколько часов, после чего добавить 2 чайные ложки сахара.
1 этап. Подготовительный
Для данного эксперимента понадобились следующие вещества.
Дисцилированная вода;
Жидкость для мытья посуды;
Стиральный порошок;
Хозяйственное мыло;
Глицерин;
Нашатырный спирт;
Сахар;
Трубочка для выдувания.
2 этап. Приготовление 4 мыльных растворов
Составы 4 мыльных растворов полностью соблюдены, но при этом предварительно уменьшены их пропорции, согласно ёмкости стакана 200 мл.
3 этап. Тестируем составы мыльных пузырей
Я выполнила опыты из готовых растворов и вот что получилось!
| из жидкого моющего средства для мытья посуды | из стирального порошка | из хозяйственного мыла | из детского шампуня |
|
| время жизни мыльного пузыря | 1 мин 27 сек | 2 сек | 28 сек | 56 сек |
| максимальный размер | 32см | 5мм | 15см | 29 см |
| из 10 получилось | ||||
| из них маленьких | ||||
| из них больших |
Вывод: самые долгоживущие пузыри получаются из рецепта №1. Глицерин именно то средство, которое делает стенки мыльного пузыря прочнее, а сам пузырь, соответственно, более долгоживущим. Лучшие результаты даёт не порошок, а жидкое моющее средство для мытья посуды. Выдуть мыльный пузырь из раствора с порошком, даже при добавлении глицерина, нам не удалось.
Исследование влияния добавок сахара показало, что более крупные и долгоживущие пузыри получаются при добавлении сахара в раствор с шампунем, а не с мылом
Согласно экспериментам и результатам таблицы, мы сделали вывод, что пузыри самых больших размеров более продолжительных по времени выдуваемые из состава №1, а так же близок к победе состав №4. (детский шампунь).
Таким образом, наша гипотеза о том, что размеры и время жизни мыльных пузырей зависят от состава жидкости, подтвердилась.
2.1. Опыты с мыльными пузырями
Для исследования свойств и формы мыльных пузырей я провела следующие опыты.
Опыт№1. Возьмем каркас в форме треугольника обмакнем его в мыльном растворе и попробуем слегка подуть на мыльный пузырь и оставим в покое, смотрим что получилось. Попробуем полить сквозь мыльную пленку воду.
Опыт №1 показал, если подуть на мыльную плёнку, то она вытягивается и возвращается в исходное положение. Значит, мыльные плёнки обладают эластичностью. Если сквозь мыльную плёнку лить воду, то вода пройдёт сквозь неё, а плёнка останется целой. Это говорит о том, что мыльная плёнка обладает поверхностным натяжением, поэтому даже струя воды не разрушает её (приложение III ).
Опыт №2 . Для проведения опыта «Мыльные пузыри разной формы» нужно сделать разные специальные рамки, такие, как: «Ромб», «Треугольник», «Квадрат», «Овал», «Звездочка». Используя различные рамки, я смогла выдуть мыльные пузыри только круглой формы (приложение IV ).
Опыт 2. Доказал, что это силы поверхностного натяжения стремятся придать мыльному пузырю форму шара. Получить мыльный пузырь некруглой формы не удалось.
Опыт №3 . Возьмем разные трубочки разных диаметров для пускания мыльных пузырей и попробуем их выдуть.
Опыт №3 показал, что на размер пузыря влияет диаметр трубочки. Чем больше диаметр, тем крупнее получается пузырь.
Опыт № 4. Меняются ли свойства мыльного пузыря на морозе?
Прежде чем проследить за свойствами мыльных пузырей на морозе, мы провели следующие опыты:
А) охладила мыльный раствор в холодильнике, выдула шарик и осторожно опустила его на руку одетую в варежку. Приподнимая руку, заставила шарик подниматься и опускаться. В результате мыльный пузырь не меняя формы, и не лопаясь, мягко опускался на руку и даже подпрыгивал. Потом я попробовала выдуть шарики на ковёр. Произошло то же самое.
В) Потом я стала выдувать пузыри на улице. Было -23 С° градусов шарик быстро замерз.
Вывод: поверхность пузыря из мыла и воды достаточно упруга. Пузырь опирается на ворсинки шарфа и как бы парит в воздухе. При выдувании пузырей на сильном морозе -20C°, -25 C ° сразу же на поверхности шара возникли мелкие кристаллики, которые быстро разрослись и, наконец, слились в единую картину, похожую на морозный рисунок на окне.
Таким образом, наша гипотеза о том, что используя проволочные каркасы разных геометрических форм, можно приготовить мыльные пузыри некруглой формы не подтвердилась.
Как же можно разнообразить процесс надувания мыльных пузырей?
Смастерить поделки!
Выдуть пузыри внутри пузырей!
С одноклассниками поиграть в теннис.
Поучаствовать в конкурсе самый большой мыльный пузырь
Провести праздник «Шоу мыльных пузырей».
Заключение
В результате проделанной нами работы удалось познакомиться с историй происхождения мыльного пузыря, узнать, что такое поверхностное натяжение, почему пузырь имеет форму шара. При более внимательном изучении мыльного раствора с помощью наблюдений и опытов, мы узнали о том, какой раствор более эффективный для выдувания пузырей больших размеров и продолжительных по времени.
Гипотеза образования мыльных пузырей оказалась верной. В состав мыльных пузырей входит мыло и моющее средство. Но в дополнение к этим главным веществам нужно добавить еще несколько составляющих, главным из которых является вода, глицерин.
Вода для раствора должна быть мягкой или еще лучше дистиллированная. Тяжелая вода из-за минерального содержания будет причиной хрупких пузырей, которые не будут долго жить.
Какое моющее средство применить? На собственном опыте убедились, что лучшее, что может быть это средство для мытья посуды и детский шампунь. Для пузырей долгожителей рекомендуется добавление в получившийся раствор глицерина. С помощью такого раствора я получила самые крупные и прочные мыльные пузыри, которые даже удавалось брать в руки.
Получение мыльного раствора для пускания мыльных пузырей в домашних условиях - вполне осуществимое и интересное занятие.
Выдувая мыльные пузыри, поднимается настроение, забываются все проблемы, действительно хорошо разрабатываются легкие. Все это благотворительно влияет на здоровье.
Список литературы
1. Гегузин Я.Е. «Мыльные пузыри». М., Издательство: «Наука», 1985г
2. Даль В.И., Спб., ИД «Весть», 2004г
3. Лущекина О.Б. «Шоу мыльных пузырей, или куда может завести работа над проектом» М., газета «Физика», №22, 2004.
4. Пузыри на морозе. М., «Наука и жизнь», №2, 1982
5. Толковый словарь Ожегов С.И. М., «Русский язык», 1986 г
6. Энциклопедический словарь юного физика. Составитель В.А.Чуянов. М., Издательство: Педагогика, 1984.
7. http://www.infoniac.ru/news/Kak-sdelat-myl-nyi-puzyr.html
Приложение I
1. Елена Благинина «Мыльные пузыри»
Тихо шепчется с ветлой старая берёза.
Ходит по двору с метлой дедушка Серёжа.
Дед Серёжа, посмотри,
Мы пускаем пузыри!
Видишь, в каждом пузыре -
По малиновой заре,
По берёзке, по ветле,
По Серёжке, по метле.
Ты смотри, смотри, смотри:
Полетели пузыри -
Красный, жёлтый, голубой -
Выбирай себе любой!
2 . Самуил Маршак «Мыльные пузыри»
Воды обыкновенной
В стаканчик набери -
Пускать из мыльной пены
Мы будем пузыри.
Соломинку простую
Сейчас возьму я в рот,
Воды в нее втяну я,
Потом слегка подую
В соломинку - и вот,
Сияя гладкой пленкой,
Растягиваясь вширь,
Выходит, нежный, тонкий,
Раскрашенный пузырь.
Горит, как хвост павлиний.
Каких цветов в нем нет!
Лиловый, красный, синий,
Зеленый, желтый цвет.
Взлетает шар надутый,
Прозрачнее стекла.
Внутри его как будто
Сверкают зеркала.
Огнями на просторе
Играет легкий шар.
То в нем синеет море,
То в нем горит пожар.
Он, воздухом надутый,
По воздуху плывет,
Но и одной минуты
На свете не живет.
Нарядный, разноцветный,
Он лопнул навсегда,
Расплылся незаметно,
Растаял без следа.
А был такой надменный,
Заносчивый такой!
Хвалился, что из пены
Родился он морской.
В нем столько красок было,
Была такая спесь,
А он - воды и мыла
Раздувшаяся смесь.
Его я не жалею...
По правде говоря,
Стихи о нем длиннее
Всей жизни пузыря!
3. Р.Сеф «Мыльный пузырь».
Мыльный пузырь
Оторвался от трубки,
Вот он поплыл,
Наподобие шлюпки,
Влево, налево, левее…потом
Через балкон -
И пропал за углом.
Я запустил
Этот шарик недаром -
Вырастет он,
Станет радужным шаром.
Я прикреплю к нему
Снизу гондолу
И полечу
Потихонечку в школу.
Приложение II
Выставлена в музее : Национальная галерея искусств (Вашингтон)
Год : 1734
Рембрандт - «Амур с мыльным пузырем» (приписывается). 1634.
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
1. Теоретическая часть 5
1.1. Происхождение мыльных пузырей 5
1.2. Теоретические аспекты изучения мыльных пузырей 6
1.3. Сферическая форма мыльных пузырей 8
1.4. Оптика мыльного пузыря 9
1.5. Свойства мыльных пузырей на морозе. 12
2. Практическая часть 15
2.1. Методика приготовления мыльных пузырей 15
2.2. Эксперимент 16
Библиографический список 19
Приложение 1. 20
Приложение 2. 22
Приложение 3. 24
Приложение 4. 25
Введение
«Мыльный пузырь, пожалуй,
самое восхитительное и самое
изысканное явление природы».
Марк Твен
Актуальность.
Я очень люблю пускать мыльные пузыри. Мне нравится любоваться их круглой формой и переливающейся разными красками поверхностью. Мне всегда хотелось, чтобы у меня получился пузырь не похожий на шар, чтобы форма его напоминала форму куба или голову какого-нибудь животного. Но, к сожалению, мыльные пузыри у меня получались всегда только круглые.
Почему же мыльные пузыри имеют круглую форму, как шарики? Быть может, если использовать для надувания пузыря определенные каркасы то, получится пузырь другой формы? А можно ли в домашних условиях приготовить раствор для выдувания пузырей? Почему они так легко разрушаются? Рассмотрим проблему получения круглых мыльных пузырей.
Изготовление и изучение мыльных пузырей позволяет продемонстрировать, «прочувствовать» множество физических законов, которые имеют важнейшее значение в науке и технике.
Исходя из описанных противоречий мы обозначили объект, предмет и цель нашего исследования.
Объект исследования: мыльные пузыри.
Предмет исследования: форма, состав и свойства мыльных пузырей.
Я выдвинула следующую гипотезу: используя разные каркасы, можно приготовить мыльные пузыри некруглой формы.
Цель моего исследования: выявить свойства мыльных пузырей и способы их приготовления.
Поставленную цель я достигну, решая задачи:
собрать информацию о приготовлении, свойствах и форме мыльных пузырей;
приготовить раствор для изготовления мыльных пузырей в домашних условиях и получить из него мыльные пузыри;
проанализировать теоретические и практические результаты получения мыльных пузырей, их свойств и формы.
Этапы исследования:
собрать информацию о форме и свойствах мыльных пузырей (спросить у родителей, прочитать в книге, найти в Интернете);
купить каркасы разной геометрической формы для выдувания пузырей;
приготовить раствор для мыльных пузырей;
определить какой раствор для приготовления пузырей самый лучший;
попытаться выдуть пузыри разной геометрической формы;
сравнить теоретический и практический результат изготовления мыльных пузырей;
Методы и приемы: наблюдение, эксперимент, анализ.
- Теоретическая часть
- Происхождение мыльных пузырей
День рождения мыльного пузыря и по сей день остаётся загадкой. Но доподлинно известно, что при раскопках древней Помпеи археологи обнаружили необычные фрески с изображением юных помпейцев выдувающих мыльные пузыри. Видимо, у них были свои секреты производства мыла.
В Средних веках 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.
В 19 веке выпускали открытки с изображением мальчика пускающего пузыри.
Суетные развлечения молодого человека, пускающего мыльные пузыри.
Мыльные пузыри были не только детской забавой, но и объектом для размышлений философов о смысле жизни. Не просто красивым явлением природы, но и интересовали серьёзных учёных. Чарльз Бойс сто лет назад опубликовал фундаментальный труд «Мыльные пузыри», который по сей день является как детской забавной книжкой, так и настольным пособием для физиков-теоретиков и экспериментаторов.
Не позднее 1839.
Таким образом, мыльные пузыри радовали детей и взрослых ещё во времена древней Помпеи. Интересовали философов, художников, учёных на протяжении веков, не оставляя равнодушных и в 21 веке.
- Теоретические аспекты изучения мыльных пузырей
Мыльный пузырь — это тонкая пленка мыльной воды, которая формирует шар с переливчатой поверхностью.
Пленка пузыря состоит из тонкого слоя воды, заключенного между двумя слоями молекул, чаще всего мыла (рисунок 1).
Рисунок 1. Схема строения пленки мыльного пузыря.
А и С - слой молекул мыла; В - слой молекул воды
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).
Гидрофильная часть представляет собой разделённые электрические заряды, обладающие дипольным моментом. Она привлекается тонким слоем воды. В то время как гидрофобная - представляющая собой «хвост» из углеродной цепочки длиной 2,5 нм, наоборот, выталкивается. В результате образуются слои, защищающие воду от быстрого испарения, а также уменьшающие поверхностное натяжение (рисунок 2).
Однако, пузырь, сделанный только из воды, нестабилен и быстро лопается. Для того чтобы стабилизировать его состояние, в воде растворяют поверхностно-активные вещества, например, мыло и глицерин.
Рисунок 2. Схема строения молекул имеющих гидрофильные и гидрофобные части.
Прямыми измерениями было установлено, что поверхностное натяжение воды понижается в два с половиной раза: от 7 ∙10 -2 до 3∙10 -2 Дж/м 2 .
Когда мыльная пленка растягивается, из её объёма на поверхность будут выходить оставшиеся молекулы мыла, достраивая частокол. Таким образом, мыло избирательно усиливает слабые участки пузыря, не давая им растягиваться дальше. Когда же все молекулы поверхностно активного вещества выйдут из объёма плёнки, её дальнейшее растяжение приведёт к разрушению пузыря. Плёнка мыльного пузыря представляет собой одну из самых тонких вещей, какие доступны невооружённому зрению.
- Сферическая форма мыльных пузырей
Пузырь существует потому, что поверхность любой жидкости (в данном случае воды) имеет некоторое поверхностное натяжение. Наличие сил поверхностного натяжения делает поверхность жидкости похожей на упругую растянутую пленку, с той только разницей, что упругие силы в пленке зависят от площади ее поверхности (то есть от того, как пленка деформирована), а силы поверхностного натяжения не зависят от площади поверхности жидкости.
Мыльные пузыри являются физической иллюстрацией проблемы минимальной поверхности, сложной математической задачи. Несмотря на то, что с 1884 года известно, что мыльный пузырь имеет минимальную площадь поверхности при заданном объеме, только в 2000 году было доказано, что два объединенных пузыря также имеют минимальную площадь поверхности при заданном объединенном объеме. Эта задача была названа теоремой двойного пузыря.
Сферическая форма может быть существенно искажена потоками воздуха и, тем самым, самим процессом надувания пузыря.
Однако если оставить пузырь плавать в спокойном воздухе, его форма очень скоро станет близкой к сферической. Геометрия мыльных пузырей до сих пор озадачивает математиков.
С точки зрения физики, пузырь сферический лишь в том случае, если сила тяжести не вынуждает перемещаться жидкость в объёме плёнки пузыря, и, следовательно, не приводит к тому, что плёнка внизу оказывается толще, чем вверху, и форма искажается.
- Оптика мыльного пузыря
Горит, как хвост павлиний.
Каких цветов в нем нет!
Лиловый, красный, синий,
Зеленый, желтый цвет.
Взлетает шар надутый,
Прозрачнее стекла.
Внутри его как будто
Сверкают зеркала.
Огнями на просторе
Играет легкий шар,
То в нем синеет море,
То в нем горит пожар.
С. Я. Маршак «Мыльные пузыри»
Один из величайших физиков Томас Юнг, который своими исследованиями обосновал волновые представления о свете и, в частности, о природе явлений интерференции, о цветах тонких плёнок.
Удивительно - пленка из бесцветной жидкости, раствора мыла в воде, освещенная белым светом, расцвечивается всеми цветами радуги. Посмотрим, почему это происходит.
Окраска мыльных пузырей объясняется интерференцией волн отраженных от наружной и внутренней поверхности пленки. Ход лучей в тонких пленках изображен на рисунке 4.
Интерференцией световых волн называется сложение двух когерентных волн, вследствие которого наблюдается усиление или ослабление результирующих световых колебаний в различных точках пространства.
Рисунок 4. Интерференция световых лучей на поверхности мыльного пузыря.
Мы выяснили, как появляется окраска мыльных пузырей, но почему же одни имеют радужную окраску, а другие - нет?
Сомненье, вера, пыл живых страстей
Игра воздушных мыльных пузырей:
Тот радугой блеснул, а этот - серый
И разлетятся все
Вот жизнь людей.
Сначала плёнка бесцветная, так как имеет приблизительно равную толщину. Затем раствор постепенно стекает вниз. Из-за разной толщины нижней утолщённой и верхней утончённой плёнки появляется радужная окраска.
Чтобы закончить рассказ об оптике мыльного пузыря, обязательно надо сказать о чёрных полосках и пятнах в его окраске. Пузырь лопнет именно в этом, наиболее тонком и слабом месте. Если толщина плёнки очень мала по сравнению с длиной волны, то лучи будут гасить друг друга. А это означает, что возникает чёрная окраска плёнки.
Итак, мыльные пузыри приобретают радужную окрасу благодаря явлению интерференции световых волн отраженных от наружной и внутренней поверхности пленки.
1.5. Свойства мыльных пузырей на морозе.
Пузырь при медленном охлаждении переохлаждается и замерзает примерно при -7°C. Пленка оказывается не хрупкой, какой, казалось бы, должна быть тонкая корочка льда. Если дать возможность мыльному закристаллизовавшемуся пузырю упасть на пол, он не разобьется, не превратится в звенящие осколки, как стеклянный шарик, каким украшают елку. На нем появятся вмятины, отдельные обломки закрутятся в трубочки. Пленка оказывается не хрупкой, она обнаруживает пластичность. Пластичность пленки оказывается следствием малости ее толщины.
При выдувании пузырей на сильном морозе -20°C ,-25°C сразу же в разных точках поверхности возникают мелкие кристаллики, которые быстро разрастаются и, наконец, сливаются в единую картину, по красоте, не уступающей морозным рисункам на окне.
Применение мыльных пузырей
Ранее рассмотренный механизм строения мыльных пузырей позволяет понять процесс удаления грязи с помощью мыльной воды. Гидрофильная часть моющего вещества взаимодействует с водой, проникает в воду и увлекает с собой частицу загрязняющего вещества, присоединенную к гидрофобному концу.
В метеорологии и аэронавтике прототип мыльного пузыря — аэростат (воздушный шар) — используется для разведки погоды и увлекательных воздушных путешествий. В оболочке мыльного пузыря находится горячий воздух, который (как известно) обладает меньшей плотностью, чем холодный и собственно, поэтому пузырь способен подниматься вверх. По такому же принципу взлетает в небо аэростат.
Мыльная плёнка, натянутая на каркасы, может принимать самый невероятный, казалось бы, вид. Этим свойством широко пользуются архитекторы и конструкторы.
В горной промышленности с помощью пузырьков, но воздушных, проводят флотацию: процесс обогащения горных руд. Пузырьки в растворе обволакивают частички руды и поднимают её на поверхность, а пустая порода остаётся на дне.
Также мыльные пузыри используются в нефтеперерабатывающей промышленности. Чтобы превратить нефть в различные материалы, необходимые человечеству, ее приходится перерабатывать. Для эффективной переработки нефти российские ученые предлагают использовать мицеллы - по сути, мыльные пузыри. Эти и другие исследования ПАВ поддерживаются российскими и международными грантами. Ученые московского Института химической физики РАН одни из первых выяснили, что если в уже очищенную нефть добавить воды и поверхностно-активные вещества, то в нефти образуются стабильные "мыльные пузыри", наполненные водой. Оказалось, что в этих пузырьках, которые ученые назвали "мицеллами", могут происходить различные химические реакции. Ученые сконструировали такие "микрореакторы" для окислительной переработки углеводородного сырья. Так называемое жидкофазное окисление углеводородов позволяет превратить нефть в органические кислоты, эфиры, мономеры. Именно из этих веществ потом получают полимеры, красители, лекарства и многое другое.
Вот ведь, оказывается, какой он удивительный, простой пузырь, и сколько принёс людям пользы!
- Практическая часть
- Методика приготовления мыльных пузырей
Рецептура приготовления
На самом деле, рецепт приготовления мыльных пузырей с использованием жидких моющих средств, мыла и воды очень прост. Вода должна быть мягкая или, еще лучше, дистиллированная.
Какое моющее средство применить? Любое, хозяйственное мыло, всевозможные сорта туалетного мыла, шампуни и т.д.
Для пузырей- долгожителей рекомендуется добавление в получившийся раствор 1/3 обьёма чистого глицерина. Как долго живёт пузырь, зависит от того, как долго он будет оставаться влажным. Глицерин отлично замедляет время высыхания. Так же действует и водный раствор сахара с желатином.
Пропорции растворения мыла сильно зависят от вашей местности и текущего времени года, так как такие факторы, как температурный режим, влажность воздуха и подобные — сильно влияют на качество пузырей. Средний диапазон — 10 частей воды к одной части мыла. Пропорции глицерина добавляют от 1/5 до 1/3 частей по отношению к объёму мыльной смеси, либо 1/4 части раствора сахара с желатином.
Инструментыдля выдувания
Простейшая проволочная петля . Берёте отрезок тонкого но жесткого провода и формируете на одном из его концов петлю приблизительно 4 см. в диаметре. Для использования, окунаете петлю в раствор и мягко дуете.
Коктейльные соломки дают неплохой результат. Эффект будет лучше, если сделать на одном из концов 4 коротких разреза (примерно 3см) и развести их в разные стороны, как ромашку.
Воронка кухонная для переливания жидкостей.
- Эксперимент
Мы с мамой и папой дома проделали следующие опыты:
В два стакана налили по 100 мл воды, добавили в каждый стакан по 30 мл глицерина. Затем в первый стакан добавили 10 мл моющего средства «Фейри», а во второй стакан 10 мл детского шампуня. Содержимое стаканов перемешали фарфоровой ложечкой. Из приготовленной жидкости выдували пузыри.
Наблюдения: выдувать мыльные пузыри лучше получается из раствора содержащего моющие средство «Фейри» (приложение 1).
Из жидкости, приготовленной в опыте 1, мы попытались выдуть пузыри разной формы с помощью коктейльной трубочки, воронки и специальных каркасов разной геометрической формы для выдувания пузырей, купленных в магазине. Мы внимательно смотрели на окраску пузырей
Наблюдения: выдуваемые мыльные пузыри имеют только круглую, сферическую форму. Сначала все пузыри были прозрачные, а при попадании на них лучей света они становились разноцветными (приложение 2).
В тарелку мы налили мыльного раствора настолько, чтобы дно тарелки было покрыто слоем в 2-3 мм, в середину положили игрушку-смурфика и накрыли воронкой. Затем, медленно поднимая воронку, дули в её узкую трубочку, когда же этот пузырь достигал достаточных размеров, наклоняли воронку в сторону, высвобождая из-под неё пузырь.
Наблюдения: маленькая игрушка оказывалась внутри мыльного пузыря (приложение 3). Было очень красиво.
Мы зажгли свечу. Используя воронку из предыдущего опыта, мы надули пузырь и направили воронку к пламени свечи.
Наблюдения: пламя свечи заметно уклонилось в сторону (приложение 4).
Опыт 5. Кристаллизация мыльных пузырей.
Мы вышли на балкон, там температура воздуха была -10 градусов. Мы выдували пузыри на холоде.
Наблюдения: мыльные пузыри у нас не кристаллизовались, хотя в литературе мы нашли утверждение, что они кристаллизуются при температуре -7 градусов.
Выводы
В ходе своего исследования я сформулировала следующие выводы :
1. Мыльный пузырь при надувании может быть только круглой формы, так как силы поверхностного натяжения стремятся придать мыльному пузырю форму шара.
2. Мыльные пузыри из бесцветной жидкости, освещенные белым светом, расцвечивается всеми цветами радуги за счет явления интерференцией световых волн.
3. Лучше всего для приготовления мыльных пузырей в домашних условиях использовать моющие средство «Фейри».
4. Плёнка мыльного пузыря всё время находится в натяжении и давит на заключённый в ней воздух, так что сила тончайших пленок не так уж ничтожна.
5. Можно выдувать мыльные пузыри вокруг предметов. Это очень интересно.
Библиографический список
Блинов Л. Молекулы-русалки // «Наука и жизнь», № 4, - 1989.
Гегузин Я.Е. Пузыри - М.: Наука, 1985.
Гигантские мыльные пузыри. Устройство для выдувания мыльных пузырей патент РФ № 2139119
Перельман Я. «Занимательная физика», Москва, 1967г.
Пузыри на морозе // «Наука и жизнь», № 2, - 1982.
Шварц А., Перри Дж., Берн Д ж., Поверхностно-активные вещества и моющие средства - М., 1960
Лущекина О.Б. Шоу мыльных пузырей, или куда может завести работа над проектом // газета «Физика», № 22, - 2004г.
Интернет - ресурсы:
http://www.jtan.com/antibubble/;
http://www.eskimo.com/~billb/amateur/antibub/antibub1.html
http://demonstrator.narod.ru/experiments/bubble.html
http://www.afizika.ru/skorost
Опыт 1. Приготовление раствора для изготовления мыльных пузырей.
Отмеряем и наливаем воду
Добавляем глицерин
Приливаем моющие средства и шампунь
Все перемешиваем
Выдуваем пузыри
Приложение 2.
Опыт 2. Формирование пузырей с помощью разных инструментов и изучение их окраски.
А они все равно круглые и разноцветные.
Приложение 3.
Опыт 3. Мыльный пузырь вокруг предмета.
Приложение 4.
Опыт 4. Воздух вытесняется стенками мыльного пузыря.
Пламя свечи отклоняется.
Анастасия Иванова
Исследовательский проект «Мыльные пузыри»
Краткосрочный исследовательский проект в старшей группе .
Соломинку простую сейчас возьму я в рот, Воды в нее втяну я, потом слегка подую в соломинку – И вот, сияя гладкой пленкой, растягиваясь вширь, Выходит нежный, тонкий, раскрашенный пузырь . Взлетает шар надутый, прозрачнее стекла. Внутри его как будто сверкают зеркала.
Самуил Маршак
Актуальность темы : К нам в детский сад приезжал цирк «Шоу мыльных пузырей » . И один из номеров был выдувание мыльных пузырей разной формы и размеров, которые долго не лопались. Мы решили сделать раствор для мыльных пузырей , но пузыри получались маленькими и быстро лопались. И тогда нам стало интересно, что же нужно добавить в раствор, чтобы пузыри были крупными и крепкими и сможем ли мы сами изготовить такой раствор.
Цель : научиться получать крупные, крепкие мыльные пузыри и найти связь с мылом.
Задачи : познакомиться с историей происхождения мыльных пузырей ; узнать секреты мыльного пузыря , провести опыты по надуванию различных видов мыльных пузырей , провести изучение эффективности жидкостей для надувания мыльных пузырей .
Объект исследования : состав и свойства мыльных пузырей .
Предмет исследования : раствор для изготовления мыльных пузырей .
Методы исследования : наблюдение, проведение опытов, сравнение и обобщение результатов
Гипотезы : предположим, что мыльные пузыри образуются из мыльного раствора .
Размеры и устойчивость мыльных пузырей зависит от состава жидкости для мыльных пузырей .
Что мы делали : 1. собирали информацию, читали энциклопедии, рассматривали иллюстрации, смотрели мультфильмы, наблюдали за мыльными пузырями .
2. Экспериментировали – опыты с мыльными пузырями (надували пузыри , готовили раствор для мыльных пузырей , опыт с прыгающими пузырями , замораживали мыльные пузыри , рисовали мыльными пузырями ) и пр.
3. Оформили выставку наших работ.
4. Играли, пели, танцевали и многое другое.
5. Ходили на экскурсию в школу №4, в медицинский кабинет.
Наблюдали и играли, мы лепили, рисовали, экспериментировали, наблюдали в детском саду, на улице и дома. Многое мы узнавали : узнали, что мыльный пузырь – это тонкая плёнка мыльной воды , которая имеет переливчатую поверхностью. Теперь мы знаем, как приготовить раствор для мыльных пузырей . И даже как составить удивительные фигуры из мыльных пузырей . Что можно сделать из замороженного мыльного пузыря , и как сделать самодельное мыло. Исследование мыльных пузырей оказалось интересным, красивым и полезным занятием. В нашей группе выставка наших работ.
Праздник мыльных пузырей
Соловьев Григорий
В нем столько блеску было,
Была такая спесь,
А он - воды и мыла
Раздувшаяся смесь.
Мыльный пузырь - конструкция очень устойчивая. Если помнить о том, что его строительным материалом является главным образом вода,- устойчивость мыльного пузыря не может не поражать. Что же придаёт такую устойчивость пузырю, изготовленному из тончайшей жидкой плёнки? Предельная простота и совершенство формы? Очевидно, и это! Так называемые "архитектурные излишества", если они действительно "излишества", совершенствованию и надёжности конструкции обычно не способствуют. А проще, величественнее и совершеннее формы чем сфера, нет! Но дело явно не только в форме: из чистой воды устойчивый пузырь не получается, а из воды с добавкой мыла формируется тонкий, устойчивый, разноцветный пузырь.
Скачать:
Предварительный просмотр:
Министерство образования и науки республики Хакасия
МОУ Новороссийская СОШ
Научно-практическая конференция
Тайна мыльного пузыря
Работу выполнил:
Соловьев Г.
Научный руководитель:
Сидорина С.Н.
Учитель начальных классов
Новороссийское 2010
- 1 Структура стенки мыльного пузыря
- 2 Физические основы
- 2.1 Поверхностное натяжение и форма
- 2.2 Замерзание пузырей
- 2.3 Объединение пузырей
- 2.4 Интерференция и отражения
- 3 Математические свойства
- 4 Как делать мыльные пузыри
- 4.1 Компоненты
- 4.2 Процедура
- 4.3 Гигантские мыльные пузыри
- 5 Экспериментальная часть
Введение
В нем столько блеску было,
Была такая спесь,
А он - воды и мыла
Раздувшаяся смесь.
Самуил Маршак "Мыльные пузыри"
- Проанализировать научную литературу по проблеме образования мыльного пузыря
- Выявить компоненты для более устойчивого мыльного пузыря.
- Проверить от чего зависит размер мыльного пузыря и его долговечность.
Мыльный пузырь
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.
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, одна часть которых является гидрофильной , а другая гидрофобной . 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 поверхностное натяжение .
Физические основы
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.
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.
Замерзание пузырей
Соединение мыльных пузырей
Если надуть пузырь при температуре −15 °C , то он замёрзнет при соприкосновении с поверхностью. Воздух, находящийся внутри пузыря, будет постепенно просачиваться наружу и в конце концов пузырь разрушится под действием собственного веса.
При температуре −25 °C пузыри замерзают в воздухе и могут разбиться при ударе о землю. Если при такой температуре надуть пузырь тёплым воздухом, то он замёрзнет почти в идеальной сферической форме, но по мере того, как воздух будет охлаждаться и уменьшаться в объёме, пузырь может частично разрушиться, и его форма будет искажена. Пузыри, надутые при такой температуре, всегда будут небольшими, так как они будут быстро замерзать, и если продолжать их надувать, то они лопнут.
Объединение пузырей
Когда два пузыря соединяются, они принимают форму с наименьшей возможной площадью поверхности. Их общая стенка будет выпячиваться внутрь большего пузыря, так как меньший пузырь имеет бо́льшую среднюю кривизну и большее внутреннее давление. 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 .
- Мыльные плёнки представляют собой кусочно гладкие поверхности, средняя кривизна которых постоянна на каждом гладком участке.
- Если пузырей больше чем три, они будут располагаться таким образом, что возле одного края могут соединяться только три стенки, при этом углы между ними будут равны 120°, в силу равенства поверхностного натяжения для каждой соприкасающейся поверхности.
- Линии пересечения поверхностей пересекаются в одной точке по четыре штуки, причём угол между любыми двумя равен arccos(-1/3)≈109,47°.
Пузыри, не подчиняющиеся этим правилам, в принципе могут образовываться, однако будут сильно неустойчивыми и быстро примут правильную форму либо разрушатся. Пчёлы , которые стремятся уменьшить расход воска , соединяют соты в ульях также под углом 120°, формируя, тем самым, правильные шестиугольники .
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. 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.
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, чем длина волны видимого света, все отражающиеся волны видимого света складываются в противофазе и мы перестаем видеть отражение совсем (на тёмном фоне эта часть пузыря выглядит «чёрным 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 плёнкой пузыря. Таким образом, даже если бы толщина стенки была везде одинаковой, мы бы всё 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, которые движутся сверху вниз.
Математические свойства
Мыльные пузыри образуют пену
Мыльные пузыри также являются физической иллюстрацией проблемы минимальной поверхности , сложной математической задачи. Например, несмотря на то, что с 1884 года известно, что мыльный пузырь имеет минимальную площадь поверхности при заданном объёме, только в 2000 году было доказано , что два объединённых пузыря также имеют минимальную площадь поверхности при заданном объединённом объёме. Эта задача была названа теоремой двойного пузыря. Также, лишь с появлением геометрической теории меры удалось доказать, что оптимальная поверхность будет кусочно-гладкой , а не бесконечно изломаной.
Плёнка мыльного пузыря всегда стремится минимизировать свою площадь поверхности. Это связано с тем, что свободная энергия жидкой плёнки пропорциональна площади её поверхности и стремится к достижению минимума:
где σ - поверхностное натяжение вещества, а S - полная площадь поверхности плёнки. Оптимальная форма отдельного пузыря - сфера, однако несколько пузырей, объединённых вместе, имеют гораздо более сложную форму.
Как делать мыльные пузыри
Мыльный пузырь
Самый простой способ - использовать специальную жидкость для мыльных пузырей (которая продается в качестве игрушки) или просто смешать средство для мытья посуды с водой. Но последний способ может не дать таких хороших результатов, каких хотелось бы получить, поэтому вот несколько приёмов, помогающих улучшить результат:
Компоненты
- Что-нибудь уменьшающее поверхностное натяжение воды, например, жидкое мыло или детский шампунь. Чем более чистое мыло (без примесей парфюма или других добавок), тем лучший результат может получиться.
- Что-нибудь уплотняющее воду. Наиболее часто используется глицерин (который можно купить в аптеке ). Также можно использовать сахар, который лучше растворять в тёплой воде. Однако плотность воды может стать слишком большой, поэтому важно соблюдать умеренность.
- Дистиллированная вода . Вода из-под крана содержит ионы кальция, которые связывают мыло. Дистиллированная вода работает лучше.
Процедура
- Если оставить смесь открытой на несколько часов, то ее плотность тоже станет выше. Но, снова, если она станет слишком высокой, выдувать пузыри будет сложно.
- Лучше избегать пузырьков или пены на поверхности смеси, аккуратно их убирая или просто дождавшись, пока они исчезнут.
- 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.
Как надувать гигантские мыльные пузыри
- Сначала сделаем мыльный раствор. Нам понадобятся:
Какая-нибудь емкость.
Вода (1 л.).
Моющее средство (например, Fairy) или гель для душа (например, Palmolive) (150-200 мл.).
Немного глицерина, который можно купить в аптеках (25 мл.).
(Необязательно) Персональный лубрикант, не на масляной основе, который также можно купить в аптеках (25 мл.).
Две палочки любого размера, но для определенности пусть будут 30 см.
Хлопковая веревка, около 50 см.
2. Чтобы пузыри получались долговечными, вода должна быть мягкой, лучше, если она будет дистиллированная.
3. Подогрейте воду и налейте ее в вашу емкость. В качестве емкости лучше использовать такую, у которой будет широкая крышка, чтобы туда можно было свободно опускать наше надувательное устройство. Если будете использовать стеклянную емкость, то помните, что горячую воду нужно наливать в нее постепенно, прогревая стенки сосуда, иначе он лопнет.
4. То, насколько легко будет надувать пузыри зависит от множества параметров, в частности, от влажности воздуха в той местности, где вы живете. Поэтому, если хотите добиться идеального состава, вливайте гель для душа в воду несколькими порциями, каждый раз проверяя, улучшился ли ваш раствор. Если вы нетерпеливы, то можете сразу смешать 150 мл. геля с водой, пузыри можно надувать и с неидеальным составом.
5. Добавьте в раствор 25 мл. глицерина и 25 мл. лубриканта (можно обойтись и без лубриканта) и хорошенько все размешайте. Следите, чтобы при размешивании, не образовывалась пена. Если она все же появится, ее можно убрать ложкой.
6. Проверьте раствор, надув пузырь через трубочку. Не беспокойтесь, если пузыри пока что получаются обыкновенными. Секрет огромных пузырей состоит не только в рецепте мыльного раствора. Можете добавить геля или других ингредиентов, если хотите поэкспериментировать.
7. Теперь нужно сделать надувательное устройство. Оно представляет из себя две палочки, между которыми привязана веревка таким образом, чтобы она образовывала треугольник.
8. Надувать пузыри лучше всего на улице в безветренную погоду (или со слабым ветерком). Опустите надувательное устройство в раствор, затем поднимите его и начните отходить назад. Образовавшийся поток воздуха надует пузырь. Развлекайтесь, и не стесняйтесь экспериментировать!
Экспериментальная часть I. - Приготовление раствора В результате эксперимента было установлено, что наиболее прочные и эластичные плёнки получаются из смеси хозяйственного мыла, сахара и желатина (заменяют глицерин), также неплохие результаты показали моющие средства "Fairy" и "Fa" (с добавление глицерина). Концентрация моющего средства зависит от влажности помещения, температуры и многих других факторов. Результаты опыта представлены в таблице
II. - Проволочные рамки При погружении объемных рамок в мыльный раствор, получаются удивительные по форме пленки. В случае куба, тетраэдра, цилиндра и многих других фигур, пленки прикрепляются к ребрам и сходятся внутри. Площадь пленок, натянутых на каркас, всегда минимальна, т.к. это соответствует минимуму поверхностной энергии. С помощью рамок можно наглядно решать некоторые геометрические и архитектурные задачи. При проектировке зданий крыши макетов выполняются в виде каркасов. Расчет проверяется с помощью мыльных пленок, которые формируются на этих рамках. Необходимое условие для получения мыльных пленок - замкнутость каркаса. Для того, чтобы на спирали образовывалась мыльная пленка, необходимо соединить первый и последний виток осью. Ось не обязательно должна проходить по центру, ее задача - замкнуть рамку. Винтовую рамку можно сделать лучше, так, чтобы можно было сближать и раздвигать витки спирали. Несколько пузырей друг в друге Сначала выдуваем большой пузырь. Затем, смочив трубочку из-под коктейля в мыльном растворе и проткнув большой пузырь, медленно вытягиваем трубочку обратно, не доводя ее, однако, до края, выдуваем второй пузырь, заключенный в первом. Для того чтобы пузыри не лопались при соприкосновении с рукой, её предварительно надо смочить в мыльном растворе. Фигурка в пузыре
Необходимое условие для получения мыльных пленок - замкнутость каркаса. Мыльный пузырь, соприкоснувшись с твердой не смачиваемой поверхностью, не разрушается. На такой поверхности он имеет сферическую форму, потому что масса пузыря крайне мала и сила тяжести не влияет на его форму. |
||||||||||||||||||||
Предварительный просмотр:
Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com
Подписи к слайдам:
Тайна мыльного пузыря Выполнил: Соловьев Гриша Ученик 4 класса
В нем столько блеску было, Была такая спесь, А он - воды и мыла Раздувшаяся смесь. Самуил Маршак "Мыльные пузыри"
Цель работы – раскрыть секрет мыльного пузыря. Задачи: Проанализировать научную литературу по проблеме образования мыльного пузыря Выявить компоненты для более устойчивого мыльного пузыря. Проверить от чего зависит размер мыльного пузыря и его долговечность.
Моющее средство Дополнение Концентрация мыла, % Средний диаметр мыльного пузыря, см хозяйственное мыло 1/4 части сахара с желатином 20 11-12 "глицериновое" мыло - 27 7 " Fairy " - 12 10 "Fa" + 1/3 глицерина 37 8
Тайдонова Анастасия и Тайдонова Виктория
научно-исследовательская работа
Скачать:
Предварительный просмотр:
МУНИЦИПАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
«КОПЬЕВСКАЯ СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА
С УГЛУБЛЁННЫМ ИЗУЧЕНИЕМ ОТДЕЛЬНЫХ ПРЕДМЕТОВ »
СЕКЦИЯ: «НАЧАЛЬНЫЕ КЛАССЫ»
ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА ПО ТЕМЕ:
”ТАЙНЫ МЫЛЬНЫХ ПУЗЫРЕЙ”
Выполнили:
Тайдонова Анастасия,
Тайдонова Виктория
Ученицы 4Б класса
Научный руководитель:
Л. В. Казацкая,
Учитель начальных
Классов
Копьево, 2012
Введение……………………………………………………………………3
Тайна 1: Происхождение мыльного пузыря……………………………..4
Тайна 2: Что такое мыльный пузырь……………………………………..5
Тайна 3: Мыльные пузыри в живописи…………………………………..5
Тайна 4: «Хрустальные шары»……………………………………………9
Тайна 5: Разные способы приготовления мыльных пузырей…………...9
Тайна 6: Мыльный пузырь и книга рекордов Гиннеса………………….14
Заключение ………………………………………………………………..16
Список литературы………………………………………………………...17
Приложение………………………………………………………………...18
Введение
Мыльные пузыри - любимая забава для детей и даже для взрослых. Они парят в воздухе, переливаясь всеми радужными красками, и всегда вызывают улыбку.
Маленькую баночку с мыльными пузырями, сейчас легко можно купить в магазине. Однако она быстро заканчивается, а еще в них бывает не слишком хороший состав, и ожидаемый фейерверк мыльных пузырей, ограничивается лишь десятком маленьких пузырьков.
Вот и мы задумались о том, чтобы сделать раствор для мыльных пузырей самостоятельно. А еще лучше, чтобы из такого раствора получались мыльные пузыри больших размеров.
Многие из нас пытаются надуть большие мыльные пузыри, бесконечно экспериментируя с шампунями, порошками и мылом. Однако и в таком, казалось простом, мыльном деле, мы нашли немало хитростей. Конечно, всё зависит от состава мыльных пузырей. Мы нашли десять рецептов мыльных пузырей, но какой из них лучше, понять весьма сложно, поэтому решили попробовать их все.
Цель нашего исследования: приготовление и проверка раствора для мыльных пузырей в домашних условиях.
Задачи:
Узнать, что такое мыльные пузыри,
Найти различные рецепты приготовления мыльных пузырей в литературе,
Провести эксперименты, позволяющие выяснить качество приготовленного раствора для надувания мыльных пузырей.
Мы выдвинули следующую гипотезу: только из заводского раствора получаются мыльные пузыри больших размеров.
Объект
исследования: мыльные пузыри.
Предмет исследования: состав мыльных пузырей.
Мыльный пузырь, пожалуй,
самое восхитительное и самое
Изысканное явление природы.
Марк Твен.
«Выдуйте мыльный пузырь
и смотрите на него:
вы можете заниматься
всю жизнь его изучением,
Не переставая извлекать
Из него уроки…».
Кельвин.
Тайна 1: Происхождение мыльного пузыря.
Пузыри как феномен природы существовали всегда, но они не могли возникнуть раньше мыла. Но задумывались ли вы когда-нибудь о том, что обыкновенное мыло - это одно из самых древних изобретений человечества? Люди еще не придумали ни ложек, ни вилок, им не были известны ни пуговицы, ни часы, ни оконные стекла, а мыло уже существовало. И этому открытию никак не меньше 5 тысяч лет. А вот вопрос о том, кому стоит отдать пальму первенства изобретателя, как всегда, спорный.
Рецепты получения этого первого в истории моющего средства находили археологи в древних египетских папирусах. А знаменитый римский ученый и историк Плиний Старший, живший в I веке н.э., в своей "Естественной истории" утверждал, что изобретению мыла мы обязаны врагам Рима - варварам (галлам и древним германцам). Кто же из перечисленных народов настоящий автор мыла, сказать трудно.
Еще на картинах фламандских художников XVII века часто встречались изображения детей, выдувающих мыльные пузыри через глиняную соломинку. В XVIII и XIX веках дети выдували мыльные пузыри, используя мыльную воду, оставшуюся после стирки. Выдувание мыльных пузырей приобрело еще большую популярность, когда в 1886 году Pears Soap Company начала рекламу своего "воздушного" продукта, воспользовавшись знаменитой картиной Джона Миллеса (1829-1896) "Пузыри". А массовое изготовление мыльных пузырей на продажу началось лишь в 1940-х годах.
Тайна 2: Что такое мыльный пузырь?
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. Из-за недолговечности мыльный пузырь стал синонимом чего-то привлекательного, но бессодержательного и недолговечного.
В словаре Ожегова о нем упоминается как о чем-нибудь ярком, но непрочном, о дутой величине. О том, что быстро появляется и быстро исчезает.
Тайна 3: Мыльные пузыри в живописи.
Мыльные пузыри не могут оставить равнодушным никого: ни художника, ни клоуна, ни ученого, ни взрослых, ни детей. Нам очень понравилась картина Фрэнсис Типтон Хантера «Феи мыльных пузырей». Также мы представляем работы и других известных художников.
Children Blowing Bubbles,
Жан Этьен Лиотар (1702 - 1789), французская школа
Мыльный пузырь,
Эдуард Мане (1832-1883), 1867 год, французская школа
Bubbles, Доусон Доусон-Уотсон (1864-1939), английская школа
Тайна 4: «Хрустальные шары».
Удивительно красиво смотрятся на улице обычные мыльные пузыри. Застывая на морозе, они превращаются в подобие стеклянных шариков, украшающих елки на Новый год. Такие «хрустальные» красавцы получаются, когда температура воздуха ниже – 7 °C. Изготовьте смесь: возьмите талую воду и разведите в ней шампунь. Выдувать шары лучше из пластмассовой трубочки от шариковой ручки или из хозяйственной воронки для переливания жидкостей. Шары получаются совсем не хрупкими, если шар упадет, он не разобьется, на нем лишь появятся вмятины. На слабом морозе (от –3 до –7 °C) шары не замерзают, но можно попробовать провести небольшой эксперимент. Постарайтесь аккуратно положить на выдуваемый шар несколько снежинок – они сразу соскользнут на дно пузыря, и на том месте, где снежинки расположатся, начнется процесс кристаллизации. Скоро вы увидите, что пузырь полностью замерз. Он замерзнет и в том случае, если вы положите его на снег.
Тайна 5: Разные способы приготовления мыльных пузырей
Раствор для мыльных пузырей можно купить в магазине или приготовить самостоятельно. Кто из нас не переводил флаконы шампуня, чтобы попускать мыльные пузыри? У вас получалось?
У нас не очень. Пузыри, конечно, надувались, но либо лопались сразу, не успев оторваться от кончика трубочки, либо всё-таки отрывались, но никуда не летели, а падали вниз и лопались, даже не успев соприкоснуться с землёй. Радости от таких пузырей было мало. Оказывается, чтобы приготовить состав для мыльных пузырей, надо знать несколько маленьких хитростей. О них, а точнее о рецептах раствора, мы сейчас и поговорим. Итак, как сделать мыльные пузыри?
Эксперимент - тестирование составов мыльных пузырей.
Для данного теста было выбрано 10 рецептов.
Этап 1. Для данного эксперимента понадобились следующие вещества:
(все они вместе или по отдельности, являются составляющими выбранных для теста 10 рецептов)
- Вода
- Жидкость для мытья посуды
- Детский шампунь
- Стиральный порошок
- Глицерин
- Нашатырный спирт
- Поливиниловый спирт
- Сахар
- Чайник (кипяток)
А также:
Баночки
Всевозможные мерные ёмкости
Трубочки
Для удобства, пронумеровываем баночки.
И конечно каждому из них полагается трубочка для надувания пузырей, предварительно разрезанная на конце.
Этап 2. Готовим 10 мыльных растворов по отобранным в литературе и интернете рецептам.
Составы 10 рецептов мыльных пузырей даны в приложении
Некоторые составы на первый взгляд одинаковые, но в таком тонком деле как мыльный пузырь, пропорции могут играть решающую роль.
Этап 3. Тестируем составы мыльных пузырей.
(из всех рецептов можно считать неверным эксперименты с составом № 8, так как его по рецепту, состав необходимо настаивать несколько дней и фильтровать).
Тест 1. Проткнуть мыльным пальцем.
Для проверки качества состава мыльных пузырей, его необходимо проткнуть пальцем, предварительно смочив его тем же мыльным раствором, и если пузырь не лопнет, то состав считается хорошим.
Однако, этот тест прекрасно прошли все 10 мыльных составов.
Тест 2. На время жизни мыльного пузыря.
Этот тест оказался самым интересным. Было надуто 10 пузырей из 10 составов.
Время пошло.
Первыми сдались пузыри из 5-ого и 6-ого составов, через некоторое время лопнули пузыри 8-ого, 9-ого, 10-ого и 3-его составов. Далее достаточно долго держались 4-ый и 7-ой состав, но и их пузыри лопнули.
И вот настоящая схватка образовалась между 1-ым и 2-ым составами.
По истечению 30 минут, начало казаться, что эти пузыри будут вечными.
Однако, на 35-ой минуте сдулся 1-ый состав. Именно, сдулся! Потому что этот пузырь не лопнул, а несколько секунд сдувался, как старый воздушный шарик, в итоге оставив на столе не мыльную воду, а вполне твердую пленку.
И всё это потому, что в данном составе присутствовал в немалых пропорциях сахар. Последний пузырь, состав № 2 держался намного дольше остальных, целых 50 минут! В его составе было немного сахара.
Вывод: сахар способствует долговечности мыльных пузырей.
Тест 3. Дуем пузыри.
Как уже было сказано, для выдувания больших мыльных пузырей, существуют различные специальные приспособления. Но для начального эксперимента, мы берем обычную коктейльную соломинку. К каждому составу применяется несколько попыток надуть максимально большой пузырь. И надо сказать, что многие составы показали весьма неплохие результаты. Интересно также то, что например, из состава № 1, который в предыдущем тесте продержался 30 минут, получались, чуть ли не самые маленькие пузыри. А это значит, время жизни пузыря еще не самое главное.
В этом тесте побеждают мыльные пузыри составов: 2,7,8. За ними следуют составы: 3 и 4. Далее все остальные.
Таким образом можно сделать вывод: мыльные пузыри по второму рецепту оказались самыми стойкими и большими.
Тайна 6: Мыльный пузырь и книга рекордов Гиннеса.
Посмотрите на эту картинку внимательно. Это не Фотошоп, не визуальный эффект. Это – мыльный пузырь! Самый настоящий мыльный пузырь, если не считать, что он просто огромный. Скажете, такое невозможно? А вот и нет, потому что в США и Великобритании уже давно научились выпускать оборудование, способное выдувать большущие мыльные пузыри. 37-летнему лондонскому предпринимателю Самсаму Баблмэну удалось создать самый большой мыльный пузырь в мире. Его пузырь имеет размеры 20х5х5 футов, в настоящее время считается чемпионом, в связи с чем занесен в Книгу рекордов Гиннеса. Баблмэн использует пузыри в качестве рекламных акций для собственной компании. Чтобы создать нечто подобное, требуется специальное оборудование, я уже говорила выше. Обычным детским мыльным набором не обойдешься.
Сам вывел собственные формулы для создания мыльной воды, кроме того, он работает только со своим оборудованием. Услугами предпринимателя пользуются другие фирмы и компании. Секрет создания гигантских мыльных пузырей мистер Баблмэн (а если проще, то Сэм хит)держит в строжайшем секрете.
Заключение
Изучая литературу и проведя эксперименты, мы сделали вывод, что тайна приготовления мыльных пузырей с использованием жидких моющих средств, мыла и воды очень проста.
Вода должна быть мягкая или, еще лучше, дистиллированная. Тяжёлая вода из-за минерального содержания будет причиной хрупких пузырей, которые не будут жить долго. Самый простой способ сделать воду мягче – хорошенько прокипятить её и дать отстоятся. Лучше брать тёплую воду в ней быстрее растворяется мыло.
Лучшее мыло для пузырей – простое хозяйственное, отечественного производства. Хороши также пузыри из «Глицеринового» или любого жидкого моющего средства.
Продолжительность жизни пузыря зависит от того, как долго он будет оставаться влажным. Глицерин отлично замедляет время высыхания.
Свое выступление я бы хотела завершить стихами Маршака.
…Сияя гладкой пленкой,
Растягиваясь вширь,
Выходит нежный, тонкий,
Раскрашенный пузырь.
Взлетает шар надутый
Прозрачнее стекла.
Внутри его как будто
Сверкают зеркала…
Спасибо за внимание.
Будут ли вопросы?
Список литературы
- Я. Е. Гегузин – “Пузыри”
- Википедия – свободная энциклопедия
