Исследовательская работа Загадка мыльного пузыря

Муниципальное общеобразовательное учреждение

«Основная общеобразовательная школа №2 г.Новоузенска Саратовской области»

Исследовательская работа

Выполнил: Уталиев Ренат

ученик 4 класса

МОУ ООШ №2

Г.Новоузенска

Саратовской области

Руководитель: Солдатова Е.И.

2014 год

Тема исследования: «Загадка мыльного пузыря»

Цель исследования: Изучить теоретический материал по теме «Мыльные пузыри». Провести исследования рецептов мыльных пузырей, выявить наиболее эффективные из них.

Задачи:
-Проанализировать научную литературу по изучаемой теме.

-Провести изучение эффективности жидкостей для надувания мыльных пузырей.

-Исследовать свойства мыльных пузырей, полученных из разных растворов, а так же с использованием разных моющих средств.

-Сделать выводы.

Объект исследования: растворы для мыльных пузырей.

Предмет исследования: получение больших пузырей из разных растворов.

Методы исследования:

• Анализ научной литературы по данному исследованию.

• Наблюдение за мыльными пузырями из различных растворов.

• Эксперимент.

Гипотезы:

1. Предположим, что мыльные пузыри образуются из мыльного раствора.

2. Размеры и устойчивость мыльных пузырей зависит от состава жидкости для мыльных пузырей.

1.Введение.

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

Марк Твен

Летящие по воздуху переливающиеся всеми цветами радуги прозрачные шары. Что это? Ну, конечно, каждый знает ответ - мыльные пузыри. Каждый из нас пускал мыльные пузыри. Эта забава известна с давних времён и привлекает как детей, так и взрослых. Например, при раскопках известного города Помпеи были найдены фрески с изображением детей, выдувающих мыльные пузыри. Не менее популярна эта забава и в наши дни высоких технологий.
Раствор для мыльных пузырей можно купить в магазине или приготовить самостоятельно.

Так как же они появляются и что же это такое - «мыльный пузырь»? Можно ли дома самому приготовить состав для мыльных пузырей и что для этого нужно? Из каких растворов можно получить самые большие и прочные мыльные пузыри?
2.1 История мыльных пузырей. История появления мыльных пузырей связана с человеком по имени Пумпатус, который из-за своего страха сам того не подозревая придумал способ выдувания мыльных пузырей.

Когда-то люди жили вовсе без мыла, и вот наконец мыло изобрели. В этот день все тёрли друг другу спины и обливались тёплой водой. Но попробуй не обливайся, если король, ничуть не шутя, приказал всем вымыться мылом под страхом смертной казни. И все в этот день намылили мочалки. Только один старый сапожник по имени Пумпатус сидел, спрятавшись, в своей сапожной будке.
Больше всего на свете Пумпатус не любил мыть шею. Ему удалось прожить целую жизнь, обойдясь без этого. "И вот - теперь уже никуда не денешься", - думал Пумпатус и грустно покуривал свою трубку, За окном послышались шаги, и Пумпатус знал, кто это. 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. - Ни за что". И его оставили, чтобы он последний раз перед смертной казнью выкурил свою трубку.
Пумпатус затянулся и вдруг увидел, что из трубки вылетел прекрасный прозрачный шар. Шар вылетел в окно и засиял на солнце: в нём прыгали маленькие радуги. За шаром вылетел второй... Пумпатус во все глаза глядел на это чудо. Прохожие внизу тоже задрали головы. Вскоре собралась толпа, и начался переполох. О том, что Пумпатуса должны были казнить, все, конечно, и думать забыли. Профессор, которого пригласили во всём разобраться, осмотрел трубку Пумпатуса. "В трубку попала мыльная пена. Вот в чём дело", - объявил профессор толпе под окном.

и вот уже столько веков подряд никому не бывает скучно, если в руках у него есть трубочка и чашка с мыльной пеной. А знаете ли вы, о чём думал человек, подаривший миру это чудесное изобретение, о чём думал, хитро посмеиваясь, Пумпатус, когда ехал из тюрьмы домой в золотой карете и все махали ему вслед руками? "А шею я так и не вымыл! - думал он. - Так и не вымыл!"
Но тому, кто придумал пускать мыльные пузыри, можно простить любые недостатки… Жидкость для выдувания мыльных пузырей - самая продаваемая игрушка в мире. Ежегодно страстными поклонниками этого развлечения скупается более 200 миллионов пузырьков с этой волшебной жидкостью. Однако в отличие от других причуд, у этой - длинная история. 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.

А к началу XX века родители уже могли покупать своим детям игрушки, предназначенные для выдувания пузырей, у уличных торговцев. Компания "Chemtoy", которая ранее занималась продажей чистящих средств, в 40-х годах XX века вдруг начала выпуск жидкости, предназначенной для выдувания мыльных пузырей. Но настоящий бум на мыльные пузыри приключился в 60-х того же века. Для хиппи - "детей цветов" - мыльные пузыри стали символом мира и гармонии.

2.2 Физические основы 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. Распространенное 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 пленка 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.

Английский ученый лорд Кельвин, живший в 19 веке, однажды сказал: «Выдуйте мыльный пузырь и смотрите на него: вы можете заниматься всю жизнь его изучением, не переставая извлекать из него уроки физики». И это действительно так!

2.3 Мыльные пузыри - залог разговорчивости Несмотря на неуклонный научно-технический прогресс, который не устает постоянно одаривать человечество все новыми и новыми диковинками, есть вещи, которые остаются неизменными, и поэтому к ним лучше применимы, так сказать, традиционные средства. Как бы мы ни развлекались с мобильными телефонами и компьютерами, это хорошо для взрослых. А как быть маленьким представителям рода человеческого, которые еще не научились ни читать, ни писать, ни даже говорить, и все блага цивилизации пока для них совершенно недоступны?
Вот тут-то, как доказывают последние исследования ученых из университета Ланкастера, никакая техника не способна конкурировать с хорошо известными вещами, которые открывают миру свои новые, ранее никому не известные свойства. Теперь, благодаря британским экспериментаторам, неожиданной стороной обернулись всем хорошо знакомые с детства мыльные пузыри. Их сосредоточенному пусканию предавался буквально каждый ребенок, а уж тончайшая радужная шарообразная поверхность, отражающая солнечные блики и влекомая ветром к неизбежной гибели на асфальте, и многих взрослых не оставит равнодушными.
Между тем это занятие, возможно, кажущееся некоторым бессмысленной тратой времени, может принести огромную пользу. Оказывается, пухлые детские губки, складываясь в трубочку, чтобы выдуть очередное произведение мыльно-пузырного искусства, приобретают необходимые навыки для развития речи. Поэтому те малыши, которые искренне преданы этому радужному занятию, учатся правильно произносить все звуки гораздо быстрее, чем их «беспузырные» сверстники.

Нехитрое мыльное развлечение может оказаться незаменимым помощником для тех детей, у которых заранее можно предполагать трудности с овладением языковыми навыками. Психолог Кэти Олкок из Ланкастерского университета тщательно исследовала все особенности, которые влияют на обучение языку. Среди них особое место занимает возможность ребенка выполнять сложные жесты ручками и особые движения губами, которые предрекают хорошую артикуляцию.

2.4 Интересные факты

Не менее интересный, чем пускание пузырей, процесс их лопанья. Но, к сожалению, процесс очень быстрый, поэтому человеческий глаз его зафиксировать не может, а вот специальная фотокамера, делающая 500 снимков за секунду вполне. Фотографу из Великобритании Ричарду Хиксу удалось получить очень красивые снимки этого процесса. Вот что у него получилось. Миф о недолговечности мыльного пузыря развеял англичанин Джеймс Дьюар, законсервировавший мыльный пузырь в сосуд в герметичном сосуде с двойными стенками на срок более месяца. Забава оказалась полезной: позднее дьюар - сосуд, названный в честь изобретателя, - нашел применение для хранения и перевозки жидкого азота.
Преподавателю физики из штата Индиана удалось сохранить пузырь в стеклянной банке в течение 340 дней. Ученики превзошли учителя - их пузыри хранились под колпаком помногу лет, и это, похоже, не рекорд. 9 августа 1996 года новозеландец Алан Маккей выдул самый длинный мыльный пузырь - длиной 32 метра. Многие любят выдувать мыльные пузыри, но немногие подходят к этому делу с таким жаром, как англичанин Сэм Хист. Провозгласив себя ученым-"пузырелогом", Сэм научился создавать пузыри невероятных размеров. А 23 ноября 2007 года он побил рекорд книги Гиннеса, представив пузырь, внутри которого свободно разместилось 50 человек. И прежде чем пузырь лопнул, ему удалось раздуться до высоты в 1,5 м ширины 3,3 м.
2.5 Почему мыльный пузырь круглый. Все мы восхищаемся пузырями, особенно мыльными - их идеально круглой формой и переливающейся разными красками поверхностью.
Английский физик 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? Ответ на этот вопрос заключается в том, что 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 стенки (по крайней мере, до тех пор, пока пузырь не лопнет).

3.Опытно-экспериментальная работа Я решил выяснить, как влияет на долговечность мыльного пузыря состав мыльного раствора. Чтобы изучить влияние мыльного раствора на долговечность мыльных пузырей я провел эксперимент. Для эксперимента я взял четыре вида мыльных средств: жидкое средство для мытья посуды «Fairy», детский шампунь «Schauma», стиральный порошок для ручной стирки «Ariel΄» и хозяйственное мыло, которое я настругал и залил горячей кипячёной водой. На их основе я приготовил четыре мыльных раствора. Рецепт, приготовления растворов, выбранный мною был очень прост. Мне понадобилось : вода, которую я взял 4 ложки, 1 столовую ложку моющего средства и 1 столовую ложку глицерина. Раствор я оставил настаиваться в течение суток. После этого я, с помощью секундомера, засекал продолжительность жизни мыльных пузырей. Из каждого раствора я пять раз выдувал мыльные пузыри и засекал наибольшее время «жизни» пузырей парящих в воздухе. Затем вывел среднее значение этих показателей. В результате исследований я установил, что самый лучший раствор из которого получаются пузыри «долгожители» был приготовлен из жидкого средства для мытья посуды «Fairy». На втором месте детский шампунь «Schauma», на третьем - хозяйственное мыло и самый плохой результат показал стиральный порошок «Ariel΄». Какие же факторы влияют на долговечность пузырей? Это состав воды. Она должна быть мягкой без примесей, лучше дистиллированная. Из жёсткой воды из -под крана пузыри получаются хрупкими. А из солёной воды и вовсе не выдуешь. Так же большое значение имеет и влажность воздуха, чем выше влажность, тем пузыри более долговечны. Поэтому пузыри лучше пускать сразу после дождя. Так же влияет и температура мыльного раствора.

Опыты и фокусы Итак, первый фокус называется «Пузырь в пузыре». Для этого нам понадобится трубочка. Посредством трубочки выдуваем большой мыльный пузырь, внутрь этого пузыря вводим трубочку и выдуваем второй пузырь. Чтоб пузырь не лопнул от прикосновения трубочки, её обязательно надо смочить в раствор.

Можно вставить трубочку во второй пузырь и выдуть ещё один.

Сколько раз вы повторите данную процедуру, столько у вас и будет пузырей по принципу "матрёшки". Пузыри можно выдувать на мыльную плёнку или блюдо. Строить из них фигуры - черепаху, цветы, башни.

Из проволоки папа мне сделал кольца для выдувания пузырей разного диаметра. Теперь окунаю кольцо в тазик и плавно веду по воздуху. По залу разлетаются огромные мыльные пузыри. Можно выдувать пузыри с помощью воронки. Обмакнув в жидкость воронку, очень осторожно приподнимаем её, и отверстие воронки покрывается тонкой плёнкой. Таким образом, можно выдувать большие пузыри. Очень интересно выдувать мыльные пузыри зимой на улице.

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. На шарике лишь появятся вмятины. Пластичность пленки оказывается следствием малости ее толщины.











6.Заключение.

Закончив свою работу, я понял насколько был мало ознакомлен с таким удивительным физическим явлением, как мыльный пузырь. Проведя своё собственное исследование, я выяснил, что растворы для мыльных пузырей лучше всего готовить на основе жидких моющих средств. А порошкообразные средства лучше не использовать в этих целях. Лучший состав для мыльных пузырей: 25 мл глицерина, 150 мл воды и 50 гр. средства для мытья посуды. В ходе исследований я узнал, что пленка пузыря очень тонкая, и все-таки, несмотря на это, она состоит из трех слоев: два слоя мыльной воды, а между ними слой почти чистой воды.

А ещё без эксперимента, без практического обоснования любая наука превращается в сухой скучный набор фактов и формул. Исследование мыльных пузырей оказалось интересным, красивым и полезным занятием. Выдувая мыльные пузыри, поднимается настроение, забываются все проблемы и, действительно, хорошо разрабатываются лёгкие. Всё это благотворно влияет на здоровье.













Литература

1. Варламов С. Эксперименты с мыльной пленкой/ С.Варламов //Квант. - 2006. - № 3, с. 37-38.
2. Тит Том Научные забавы: интересные опыты, самоделки, развлечения/ Тит Том - М.: Издательский дом Мещерекова,2008. - 224с.
3. Скляревский Е. Мыльный пузырь как загадка науки

4. Гегузин Я.Е. Пузыри - М.: Наука, 1985.

5. Гегузин Я. Е. Капля. - М.: Наука, 1973.

6. Гигантские мыльные пузыри. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫДУВАНИЯ МЫЛЬНЫХ ПУЗЫРЕЙ патент РФ № 2139119

7. "Известия науки", портал inauka.ru ,редакция газеты "Известия", 2002

8. По материалам сайта «bubblesmile»

9. Пузыри на морозе. "Наука и жизнь", №2,1982.

10. Шварц А., Перри Дж., Берн Д ж., Поверхностно-активные вещества и моющие средства, М., 1960