Проект: Тайна мыльных пузырей

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

лицей №4 города Данкова Липецкой области.

Секция естественных наук.

Исследовательский проект по физике на тему:

Тайна мыльных пузырей.

Выполнили:

учащиеся 8-г класса

Верейкина Татьяна,

Кожемякина Юлия.

Научный руководитель:

Анохина Нина Алексеевна,

учитель физики.

Данков 2013

Оглавление.

Введение:

1) « Мыльные пузыри - великолепные экспериментальные объекты». 3.

2) Форма мыльных пузырей. 3.

3) Анализ литературы. 3.

4) Цель, объект, предмет, гипотеза, задачи и методы исследования проекта.3-4.

Основная часть:

1. Интерес людей к поведению мыльных пузырей. 5.

2. Создание гигантских мыльных пузырей. 5.

3. Данные из книги рекордов Гиннеса. 5-6.

4. Календарь знаменательных дат. 6.

5. Получение мыльных пузырей разной геометрической формы. 6.

6. Почему мыльный пузырь имеет круглую форму. 6.

7. Сила поверхностного натяжения жидкостей. 6-7.

8. Переливчатые «радужные» цвета мыльных пузырей. 7.

9. Консервация мыльного пузыря. 7.

10. Заморозка мыльного пузыря. 7.

11. Опытно-экспериментальная работа. 8.

12. Советы по выдуванию мыльных пузырей. 8.

13. Выводы, сделанные при проведении исследования. 9.

14. Занимательные опыты с мыльными пузырями. 9-10.

Заключение:

1. Выводы. 10.

2. Список используемой литературы. 11.

3. Приложение 1. ( Презентация).

Введение.

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»

Все мы восхищаемся пузырями, особенно мыльными - их идеально круглой формой и переливающейся разными красками.

Английский физик Бойз был так заинтригован мыльными пузырями, что написал 200 -страничную книгу: «Мыльные пузыри. Их цвет и силы, придающие им форму». 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 обходится заварка чая, без них нельзя закрыть текущий кран на кухне, о них помнят, ныряя в воду. В общем, всякая жидкость обладает этой силой. В словаре Ожёгова о нём упоминается как о чём-то ярком, но непрочном, о дутой величине. О том, что быстро появляется и быстро исчезает. Нам захотелось получился пузырь не похожий на шар Но, к сожалению, мыльные пузыри у нас получались всегда только круглые. Почему же мыльные пузыри имеют круглую форму? Быть может, если использовать для надувания пузыря проволочные каркасы различной геометрической формы, получится пузырь другой формы?

Познакомившись с научными статьями Я.Е.Гегузина, Л.Гальрпершина, Т. Тома, С. Варламова… мы сформулировали цель проекта: выявить свойства и форму мыльных пузырей.

Объектом нашего исследования являются мыльные пузыри. Предмет исследования: форма и состав мыльных пузырей.

Гипотеза: используя проволочные каркасы разных геометрических форм, можно получить мыльные пузыри некруглой формы. В соответствии с целью, объектом, предметом нами определены задачи проекта: 1.Собрать информацию о приготовлении, свойствах и форме мыльных пузырей; 2.Приготовить раствор мыльных пузырей в домашних условиях; 3.Изготовить мыльные пузыри; 4.Проанализировать теоретические и практические результаты получения мыльных пузырей, их свойств и формы.

Методы исследования: 1.Собрать информацию о форме и свойствах мыльных пузырей. 2.Изготовить проволочные каркасы для выдувания мыльных пузырей разной геометрической формы. 3.Приготовить раствор для мыльных пузырей и купить готовый раствор в магазине для сравнения. 4. Попытаться выдуть пузыри разной геометрической формы. 5. Проделать опыты с мыльными пузырями.

Основная часть.

«Мыльный пузырь, пожалуй, самое восхитительное и самое изысканное явление природы».

Марк Твен

В настоящее время трудно точно сказать, когда люди впервые обратили своё внимание на поведение в природе мыльных пузырей, а также неизвестна дата появления первого интереса ученых к изучению физических процессов связанных с ними. Однако ещё во время раскопок древнего города Помпеи археологи обратили своё внимание на изображения на фресках древних жителей этого города надувающих мыльные пузыри. Видимо уже тогда у людей появился интерес к необычному поведению этих хрупких созданий и привлек внимание своей фантастичностью их радужный окрас. (Слайд 4).

Шарден (1699-1779) всю жизнь рисовал натюрморты и незатейливые бытовые сценки, но сколько нового раскрывали они зрителю в окружающем мире! На представленной картине молодой мужчина выдувает через соломинку мыльный пузырь, желая развлечь ребенка, но сам он настолько погрузился в это занятие, что лицо его приобрело сосредоточенное выражение, а пальцы, вцепившиеся в подоконник, побелели.( Слайд 5).
Мыльный пузырь на картине, хрупкое радужное чудо, от которого вот-вот ничего не останется, напоминает о том, что жизнь прекрасна в каждом своем мгновении и эти секунды невозвратимы. Описания опытов с мыльными пузырями издавались в форме книг, журналов, брошюр и становились важным этапом на пути развития науки и технологий. Ученые физики проводили многочисленные опыты, изучая поведение мыльных пузырей в различных условиях. За все время выдано несколько тысяч патентов, где так или иначе принимали участие мыльные пузыри. ( Слайд 6). Так, например, при замораживании мыльного пузыря было сделано множество полезных наблюдений, на основе которых сейчас широко применяется технология заморозки клеток, органов для пересадки и целых живых организмов. Во все времена интерес людей ко всему необычному использовался артистами, которые демонстрировали чудеса обращения с мыльными пузырями. В ходе этих развлекательных шоу программ они виртуозно манипулировали несколькими десятками пузырей, создавали самые причудливые конструкции, помещали в мыльную оболочку различные предметы, животных, людей. Заставляли мыльные пузыри танцевать на различных поверхностях и даже на облачках из дыма и газа. В современной индустрии развлечений широко используются разнообразные аппараты для мыльных пузырей, создающие множество различных эффектов. В сочетании со светом, музыкой, дымом, пиротехникой, дождь из мыльных пузырей способен оживить любое представление, будь то выступление детских коллективов или самых именитых звезд эстрады. А вот создание гигантских мыльных пузырей, даже стало своего рода соревнованием. В знаменитой книге рекордов Гиннеса целый раздел посвящен подобным достижениям Последним таким изобретателем, который создал гигантский мыльный пузырь, способный разместить в себе до 50 человек стал 37-летний Сэм Хит. Его мыльный пузырь достигал в высоту 1,5 метра, а в ширину 4,5 метра! (Слайд 7). Конечно же, для создания гигантского мыльного пузыря нужно определенное оборудование и некоторые навыки, но факт остается фактом. Пока мыльный пузырь Сэма Хита, еще известного как Самсам Баблмэн, остается самым большим пузырем в мире. Однако существуют и другие представители, которые в деле с мыльными пузырями также достигли немалых успехов. В 1996 году некий Алан Маккей выдул мыльный пузырь длиной в 32 метра, Фэн Янг в 1997 году выстроил стену из мыльных пузырей, общая площадь которой составляла 370 м2, а высота - около 48 метров.

В календаре знаменательных дат есть Международный день числа «Пи» (14 марта), Международный день красоты (9 сентября), а вот день мыльных пузырей отсутствует. Поэтому в различных странах и городах этот праздник отмечается в различные дни. Например, в Москве на Старом Арбате в 2008г день Мыльных пузырей проходил 6 апреля. (Слайд 8, 9).

Для получения мыльных пузырей разной геометрической формы мы сделали из медной проволоки каркасы разной формы: в виде круга, квадрата. звёздочки, треугольника… (Слайд 10). Обмакивали каждый каркас в мыльный раствор и старались выдуть из него пузырь. Пузырь получался круглой формы. Мы взяли в библиотеке книгу «Простые опыты по физике» и изучили статьи о мыльных пузырях в интернете, а также узнали, что проблемой мыльных пузырей интересовался английский физик Бойз. Он написал книгу «Мыльные пузыри». Бойз писал, что существует сила поверхностного натяжения, которая не дает лопнуть мыльному пузырю. Мы опускали трубочку в мыльный раствор, а затем доставали ее оттуда и дули. Из трубочки выпячивался пузырь. Оказывается, мыльная пленка растягивается наподобие эластичной оболочки. Если подуть еще в трубочку, мыльная пленка сомкнётся вокруг воздуха, и пузырь отправится в самостоятельное путешествие, переливаясь всеми цветами радуги. Оболочка мыльного пузыря имеет эластичные свойства, поэтому воздух внутри пузыря находится под давлением, как воздух внутри футбольного мяча. Но почему же, все-таки, пузырь круглый? Ответ заключается в том, что силы поверхностного натяжения стремятся придать мыльному пузырю самую удобную форму, а это шар. При шарообразной форме воздух внутри пузыря давит на его внутренние стенки (пока пузырь не лопнет). (Слайд 11). Представьте себе, что вы наполняете водой воздушный шарик. Чем больше воды вы в него наливаете, тем сильнее растягивается резиновая оболочка шарика. В конце концов, она перестанет растягиваться и лопнет. Теперь представьте 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. Бойз задал себе вопрос: «А почему вода вообще собирается на кончике пипетки в виде капли?» Впечатление такое, что вода стекает в маленький эластичный мешочек, наподобие воздушного шарика. Этот мешочек отрывается от пипетки тогда, когда переполняется водой. Вокруг капли, естественно, нет никакого эластичного мешочка. Но что - то же должно удерживать каплю в ее классической форме. Должна быть какая - то невидимая оболочка, какое - то нечто.

Это нечто - свойство воды и любой другой жидкости - называется поверхностным натяжением. Возьмем воду. Молекулы воды под ее поверхностью связаны между собой мощными силами межмолекулярного взаимодействия. Расположенные в поверхностном слое молекулы испытывают силу притяжения только со стороны нижележащих и соседних молекул. То есть поверхностные молекулы воды притягиваются внутрь и в стороны. Именно такое взаимодействие сил создает на поверхности воды эффект пленки, или поверхностное натяжение.

Таким образом, поверхностное натяжение можно рассматривать как своеобразную «оболочку» воды. Эта оболочка заставляет висеть каплю на конце водопроводного крана. Когда же капля становится слишком большой, оболочка не выдерживает и рвется. Бойз подчеркивал, что у различных жидкостей оболочки имеют разную прочность. Спирт имеет меньшее поверхностное натяжение, поэтому образует более мелкие капли, чем вода. А вот ртуть, которая бегает по полу мелкими шариками, когда разбивается термометр, имеет поверхностное натяжение в шесть раз больше, чем у воды. Это сила поверхностного натяжения не даёт лопнуть мыльному пузырю. Мы опускали рамку в мыльный раствор, а затем вынимали ее оттуда, то видели тонкую радужную пленку, которая закрывает просвет рамки. Если подуть на рамку, то из нее начнет выпячиваться пузырь, переливаясь всеми цветами радуги. Переливчатые «радужные» цвета мыльных пузырей получаются за счёт отражения 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. (Слайд 12). Наблюдаемый в отражении цвет излучения определяется толщиной 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, мы перестаем видеть отражение совсем и пузырь лопается. Рано или поздно мыльный пузырь все равно лопается. Как это происходит? Нам кажется, что это мгновенное действие. Вот мыльный пузырь еще есть, а вот он просто испарился в воздухе. Это действие направленное, а не хаотичное. Ученые подсчитали, что лопается мыльный пузырь за одну тысячную долю секунды.

Обычные представления о недолговечности мыльных пузырей не вполне правильны: при надлежащем обращении удается сохранить мыльный пузырь в продолжение нескольких месяцев. Существовавший долгое время миф о недолговечности жизни мыльного пузыря, впервые опроверг английский исследователь Джеймс Дьюар. Он проводил опыты по консервации мыльного пузыря в изобретенном им сосуде с двойными стенками и добился времени хранения более месяца. хранил мыльные пузыри в особых бутылках, хорошо защищенных от пыли, высыхания и сотрясения воздуха; при таких условиях ему удалось сохранять некоторые пузыри месяц и более. Лоренсу в Америке удавалось годами сохранять мыльные пузыри под стеклянным колпаком.

Позже это изобретение легло в основу колб для термосов, емкостей для перевозки жидких газов и многих других полезных приспособлений.

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. 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.

Рецепты для получения мыльных пузырей.

Мы решили провести эксперименты и узнать, из чего лучше всего получаются мыльные пузыри?

Растворы для мыльных пузырей мы купили в магазине и приготовили самостоятельно.

Вот какие рецепты мыльных пузырей мы использовали..

1. 50 грамм средства для мытья посуды, 150 грамм воды, 25 миллилитров глицерина. Глицерин именно то средство, которое делает стенки пузыря прочнее, а сам пузырь, соответственно, более долгоживущим.

2. 0,5 чашки хозяйственного мыла, 1,5 чашки воды, 2 чайные ложки сахара.

3. 120 грамм горячей воды, 60 грамм глицерина, 4 капли нашатырного спирта, 10 грамм стирального порошка. Всё перемешать и оставить на три дня, а затем раствор поставить на 12 часов в холодильник.

4. Готовый раствор. Сначала мы попробовали выдувать пузыри из раствора, купленного в магазине.

Пузырей выдувалось много, они вылетали красивым разноцветным роем, переливаясь на свету. Но большой мыльный пузырь этим способом выдуть не получилось. (Слайд 13)

Потом приготовили раствор по рецепту № 2.

Взяли хозяйственное мыло, натёрли на мелкой тёрке, добавили воду, сахар. Мы стали выдувать пузыри с помощью кольца из покупного флакона мыльных пузырей. У нас получилось несколько больших пузырей. (Слайд 14).

Потом мы приготовили раствор по рецепту 1. Пузыри получались еще больше и летали по комнате дольше. Прочность нашим пузырям придал глицерин, который мы добавили в состав нашего раствора.

Мыльные пузыри по рецепту № 3 заняли много времени в приготовлении самого раствора для пузырей, а эффект выдувания был такой же, как по рецепту № 1. Пузыри получались большие, долго не лопались.

Сначала у нас не очень получалось выдувать. 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.

Советы по выдуванию мыльных пузырей.

1)Производить опыты нужно медленно, осторожно, спокойно.

2) Освещение должно быть, по возможности, яркое: иначе пузыри не покажут своих радужных переливов.

3) Используйте что-нибудь уплотняющее воду. Наиболее часто используется глицерин. Также можно использовать сахар, который лучше растворять в тёплой воде. Однако плотность воды может стать слишком большой, поэтому важно соблюдать умеренность.

4) Если оставить смесь открытой на несколько часов, то ее плотность тоже станет выше, и пузыри будут получаться лучше. Но надолго оставлять смесь нельзя, т.к. если она станет слишком высокой плотности, выдувать пузыри будет сложно.

5) Хранить смесь нужно в закрытом сосуде.

6) Лучше избегать пены на поверхности смеси, аккуратно её убирая или просто дождавшись, пока она исчезнет.

7) 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 или увлажнить воздух в комнате.

Выводы, сделанные при проведении исследования.

Мы все время что-то добавляли в состав, пузыри получались все лучше.

Другими словами, наилучший способ найти идеальное решение - это метод проб и ошибок.

Мы пришли к выводу, что самый лучший состав для выдувания мыльных пузырей - рецепт, который мы придумали сами, основываясь на рецептах из интернета: смешать хозяйственное мыло, глицерин, сахар, воду теплую, капнуть нашатырный спирт. Добавив нашатырный спирт в раствор, мы получили самые крупные и прочные мыльные пузыри, которые даже удавалось брать в руки. (Слайд 16).

Самый большой пузырь, который нам удалось надуть, был примерно 15 см в диаметре.(Слайд 17) Он получился овальным и им можно было даже несколько секунд играть как мячиком.

Красивые каскады пузырей получаются выдуванием через кольцо, а крупные пузыри выдуваются через соломинку.

Занимательные опыты с мыльными пузырями.

С мыльными пузырями мы проделали несколько опытов:

1) Хорошие пузыри можно выдувать на мыльную поверхность и строить из них фигуры - черепаху, матрешек...(Слайд 18).

2) Можно делать пузырь в пузыре, несколько пузырей друг в друге. Из трубочки выдували большой мыльный пузырь. Затем погружали соломинку в мыльный раствор так, чтобы только кончик ее, который придется взять в рот, остался сухим, и просовывали ее осторожно через стену первого пузыря до центра; медленно вытягивая затем соломинку обратно, не довода ее, до края, выдували второй пузырь, заключенный в первом, в нем - третий, четвертый и т.д. (Слайд 19, 20).

3) Мы попробовали сделать цилиндр из пузырей. Цилиндр из мыльной пленки получается между двумя проволочными кольцами. Для этого на нижнее кольцо спускали обыкновенный шарообразный пузырь, затем сверху к пузырю прикладывали смоченное второе кольцо и, поднимая его вверх, растягивали пузырь, пока он не сделается цилиндрическим.

4) Интересно наблюдать за пузырем, когда он из теплого помещения попадает в холодное: он видимо уменьшается в объеме и, наоборот, раздувается, попадая из холодной комнаты в теплую. Причина кроется, конечно, в сжатии и расширении воздуха, заключенного внутри пузыря.

Мы пускала пузыри из окна комнаты на улицу, и видели как пузырьки сначала очень быстро уменьшаются в объёме, а потом лопаются.

5) Если намазать руки шампунем, можно брать пузыри руками, или запихивать в них руки, или можно выдувать пузырь прямо на ладошку. Необыкновенно приятное ощущение.

6) Можно делать пузырь на предмете, предварительно смочив его мыльным раствором. (Слайд 21).

7) Мыльный пузырь вокруг предмета. (Слайд 22).

Выдуть красивый, большой мыльный пузырь не так- то просто, как кажется. И нам казалось, что здесь никакой сноровки не нужно, пока мы не убедилась на деле, что уменье выдувать большие и красивые пузыри - своего рода искусство, требующее упражнения. Но стоит ли заниматься таким пустым делом, как выдувание мыльных пузырей? Ведь мыльный пузырь всё равно лопнет. (Слайд 23).

"Выдуйте мыльный пузырь, - писал великий английский ученый Кельвин, - и смотрите на него: вы можете заниматься всю жизнь его изучением, не переставая извлекать из него уроки физики". (Слайд 24).

Действительно, волшебные переливы красок на поверхности тончайших мыльных пленок дают физику возможность измерить длину световых волн, а исследование натяжения этих нежных пленок помогает изучать законы действия сил между частицами, - тех сил сцепления, при отсутствии которых в мире не существовало бы ничего, кроме тончайшей пыли.

Те немногие опыты, которые описаны выше, не преследуют столь серьезных задач. Это просто интересное развлечение, которое лишь познакомило нас с искусством выдувания мыльных пузырей.

Заключение. Выводы.

Итак, главные выводы нашего исследования: Получение мыльного раствора для пускания мыльных пузырей в домашних условиях - вполне осуществимое и интереснейшее занятие.

Для образования мыльных пузырей в состав раствора действительно входит мыло и моющие средства. Но в дополнение к этим главным веществам нужно еще добавить несколько составляющих, главными из которых являются вода, глицерин, нашатырный спирт, сахар.

А вот гипотеза получения мыльных пузырей некруглой формы не подтвердилась: при использовании проволочных каркасов различной геометрической формы пузыри из них получаются круглыми. (Слайд 25).

Используемая литература :

1. Я.Е.Гегузин «Мыльные пузыри», Наука 1998 г.

2) Л.Гальрпершин «Здравствуй,физика»

3) С. Варламов « Эксперименты с мыльной плёнкой», Квант 2006 г. №3.

4). Т. Том «Научные забавы. Интересные опыты», издательский дом Мещерекова 2008г.

5) Ресурсы Internet.