Тайны мыльных пузырей

Муниципальное общеобразовательное автономное учреждение

средняя общеобразовательная школа № 11

городского округа город Нефтекамск Республики Башкортостан

Секция «физика»

Научно – исследовательская работа на тему :

«Тайны мыльных пузырей»

Выполнили :

Крлабаева Полина

Пайкиева Карина

ученицы 9 б класса

Научный руководитель

учитель физики высшей категории

Закирова Эльмира Рафисовна

Нефтекамск 2022

Содержание

1. Введение……………………………………….………………………………3

2. История и факты мыльного пузыря……………………………….…………5

3. Мыльные пузыри и рекорды………………………………………………….5

4. Что такое мыльный пузырь? …………………………………………………6

5.Как «взрываются» мыльные пузыри? ………………………………………..6

6. Можно ли получить цветные мыльные пузыри? …………………………...7

7. Почему мыльные пузыри переливаются? …………………………………..7

8. Свойства мыльных пузырей на морозе ……………………………………..8

9. Поверхностное натяжение …………………………………………………...8

10. Способы приготовления мыльных растворов …………………………….9

11.Эксперимент …………………………………………………………….…..10

12.Вывод ………………………………………………………………………..13

13.Заключение ………………………………………………………………….13

14. Использованная литература ……………………………………………….14

15.Интернет – ресурсы……………………………………………………….. 14

Введение

Мыльные пузыри – эта забава известна с давних времён привлекает как детей, так и взрослых. Но одновременно это и объект для изучения природных явлений.

Английский учёный лорд Кельвин, живший в прошлом веке, однажды сказал: «Выдуйте мыльный пузырь и смотрите на него: вы можете заниматься всю жизнь его изучением, не переставая извлекать из него уроки физики».

Вот и мы попыталась изучить это удивительное природное творение. Когда мы видим мыльный пузырь, нам хочется улыбаться, нам радостно, и мы чувствуем в нём какую-то фантастичность.

Детские, на первый взгляд, развлечения, не обходят стороной серьёзных учёных. Архимеда привлекали опыты по погружению собственного тела в ванну, Галилей бросал камешки с башни, Кориолис изучал катание шаров по бильярдному столу, Кеплер не на шутку был озабочен стереометрией винных бочек, Фарадей написал целый манускрипт о горении свечи, а Льюис Кэрролл в детской сказке изложил мировоззрение квантовой механики. Многие, если не все великие открытия, имеют в основе пустяковые интересы.

Одним из самых фундаментальных трудов по теме мыльных пузырей является книга известного английского учёного Чарльза Бойса с одноимённым названием, составленная более чем сто лет тому назад и являющаяся не только забавной книжкой для детей, но и настольным пособием для физиков-теоретиков и экспериментаторов.

Цель исследования : узнать секреты мыльного пузыря

Задачи:

Проанализировать научную литературу по изучаемой теме

Проверить растворы мыльных пузырей. Выяснить, с помощью, каких растворов получаются наиболее крупные и прочные мыльные пузыри.

Выяснить, можно ли получить цветные мыльные пузыри.

Разработать методику получения мыльных пузырей.

Объект исследования: мыльные пузыри

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

Методы исследования:

Анализ научной литературы по данному исследованию.

Наблюдение за мыльными пузырями из различных растворов.

Эксперимент

Гипотезы:

Если к жидкости для получения мыльных пузырей добавить краски, то пузыри будут иметь особый оттенок.

Если состав жидкости будет более густым, то это позволит получить более крепкие пузыри

История и факты мыльного пузыря

История возникновения мыльного пузыря похожа на сказку. С появлением мыла король приказал всем подданным намылить мочалки и вымыться, а кто не выполнит приказ – того казнят. Один сапожник терпеть не мог мыть шею, и стражники привели его в тюрьму на казнь. И перед смертью он решил выкурить трубку, но вместо дыма оттуда полетели мыльные пузыри. Из тюрьмы его выпустили с почестями в золотой карете и… с грязной шеей.

В этот день никто в городе уже не курил трубок. Все наполнили трубки мыльной пеной и пускали пузыри. Всё небо было разноцветным от мыльных пузырей. Дамам стали дарить букеты из мыльных пузырей. Правда, такие букеты лопались, но зато вместо них приходилось сразу дарить новые. И дамы были счастливы.

На рынке три арбуза стоили 13 мыльных пузырей, а мешок муки - 24 мыльных пузыря.

С тех пор мыльные пузыри перестали так цениться. Но всё равно, 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? "А шею я так и не вымыл! - думал он. - Так и не вымыл!" Но тому, кто придумал пускать мыльные пузыри, можно простить любые недостатки.

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.

Мыльные пузыри и рекорды

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

Он использовал секретную формулу, над которой химичил двадцать лет. “Все зависит от правильного мыльного раствора”, – рассказывает мастер. –

“Если у вас нет правильного состава, вы можете дуть сколько угодно, но у вас ничего не получится». Однажды Сэм Хит выдул мыльный пузырь, внутри которого находилось 50 человек

Что такое мыльный пузырь?

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.

Плёнка мыльного пузыря представляет собой одну из самых тонких вещей, которые доступны невооружённому зрению. «Тонкий, как волос», «тонкий, как папиросная бумага» - означают огромную толщину рядом с толщиной стенки мыльного пузыря, которая в 5000 раз тоньше волоса и папиросной бумаги.

Как «взрываются» мыльные пузыри?

Не менее интересный, чем пускание пузырей, процесс их лопанья. Но, к сожалению, процесс очень быстрый, поэтому человеческий глаз его зафиксировать не может, а специальная фотокамера, делающая 500 снимков за секунду вполне. Фотографу из Великобритании Ричарду Хиксу удалось получить очень красивые снимки этого процесса.

Помощницей Хикса стала его жена Сара. Именно она выдула и затем лопнула этот замечательный пузырь.

Госпожа Хикс пальцем нарушила поверхностное натяжение пузыря, и он лопнул. А в это время Ричардс с макро-камерой проводил съемку. Вот результат:

Можно ли получить цветные мыльные пузыри?

Мы узнали, что покрасить мыльные пузыри, чтобы они были безопасными и непачкающимися, до сих пор не удавалось никому.

А вот Тим Кехоэ из американского штата Миннесота всё же нашёл ответ на этот вопрос. Десять лет он ломал голову над этим вопросом (я не думаю, что это так трудно – добавить краску и всё). Мы обязательно проверим это в собственных экспериментах.

Почему мыльные пузыри переливаются?

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 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.

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. Для начала кристаллизации мыльного пузыря на морозе достаточно сверху бросить на него снежинку, как от нее во все стороны побегут бусинки льда. Пузырь замерзнет также, если его аккуратно положить на снег.

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.

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.

Поверхностное натяжение – это один из параметров жидкости. Оно

определяет силу сцепления между молекулами жидкости, а также форму ее

поверхности на границе с воздухом.

Именно вследствие поверхностного натяжения формируется капля, лужица

Мыльные пузыри как объект для изучения поверхностного натяжения жидкости. Сферическая форма пузыря также получается за счет

поверхностного натяжения. Силы натяжения формируют сферу потому, что

она имеет наименьшую площадь при данном объеме. Все системы стремятся

к экономии энергии, точно также сила поверхностного натяжения стремится

сократить до минимума площадь поверхности жидкости.

Способы приготовления мыльных растворов

Изучая материалы по данной теме, мы нашли следующие рецепты приготовления мыльных пузырей, которые лучше всего подходят для мыльных пузырей

Состав 1

0,5 чашки шампуня

1,5 чашки дистиллированной воды

Состав 2

0,5 чашки жидкого мыла

1,5 чашки дистиллированной воды

глицерин

ЭКСПЕРИМЕНТ

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

Для нашего эксперимента мы взяли: жидкое мыло и шампунь Для растворов мы использовали кипяченую воду.

Мы заметили, что при добавлении перекиси водорода мыльный пузырь при выдувании сразу стремится подняться верх и стеночки его так тонки и переливчаты. Но, к сожалению, перекись водорода сокращает время жизни мыльного пузыря.

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

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

Чем же ещё можно попробовать окрасить эти пузыри? Эта тайна остаётся для нас закрытой. При добавлении краски в мыльный раствор, качество выдуваемых пузырей резко ухудшилось, а вот при добавлении йода нам стало при выдувании пузырей трудно дышать.

Eщё мы добавили в состав мыльного раствора глицерин . Глицерин придал раствору плотность и пузыри получились более долговечными. Он помогает мыльным пузырям оставаться прочными и гибкими.

У нас получилось 2 пузыря в пузыре.

Также мы сделали конструкцию, которая делает мыльную пену

ВЫВОД

Проводя эксперименты, можно отметить, что:

Мыльные пузыри невозможно окрасить в домашних условиях.

Мыльные пузыри необходимо выдувать спокойно, равномерно, иначе, мыльная плёнка быстро рвётся.

Мыльные пузыри невозможно окрасить в домашних условиях

Теперь мы нашли способ приготовления оптимального раствора для мыльных пузырей - им является шампунь

Заключение

Закончив нашу работу, мы поняли насколько были мало ознакомлены с таким удивительным физическим явлением, как мыльный пузырь.

Проведя наше собственное исследование, мы узнали для себя много нового!

На основе проделанной работы, мы предлагаем инструкцию по изготовлению раствора для мыльных пузырей:

Для того чтобы выдуть обычный мыльный пузырь, понадобятся мягкая вода, жидкое мыло и трубочка.

Веселое это занятие - пускать мыльные пузыри! Ими можно любоваться или устроить соревнование

Проявите и вы всю свою изобретательность! Заодно, поэкспериментируйте с растворами для их получения.

Использованная литература

Гегузин Я.Е. Пузыри. – М.: Наука, 1985

«Забавная физика», Л. Гольперштейн, Москва, Дрофа, 1996г.

«Занимательная физика», Я.И. Перельман, Москва, Наука, 1982г.

Мыльный пузырь – http://www.wikipedia.ru.

Пузыри на морозе. “Наука и жизнь”, №2,1982.

Интернет - ресурсы:

http://www.americaru.com/#. Теория мыльных пузырей.

http://www.nevcos.ru/fl.html. Секрет раствора мыльных пузырей.

http://demonstrator.narod.ru/experiments/bubble.html

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

http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D1%8B%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%BF%D1%83%D0%B7%D1%8B%D1%80%D1%8C

http://show-milnih-puzirei.ru/%D0%B1%D0%BB%D0%BE%D0%B3/