Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение
«Средняя школа №22»
Исследовательская работа по физике
«Ледяные мыльные пузыри – чудо природы!»
Физика
Автор: Изгужина Регина
11 Б Класс
Муниципальное бюджетное общеобразовательное
учреждение «Средняя школа №22»
Руководитель: Прилепина Лариса Сергеевна
учитель физики
Муниципальное бюджетное общеобразовательное
учреждение «Средняя школа №22»
Нижневартовск 2015
Содержание
Введение……………………………………………………………………………………....3
Теоретическая часть:
Глава 1. Что такое мыльный пузырь и кто его придумал………………………………….5
Глава 2. Структура мыльного пузыря……………………………………………………….6
2.1 Ледяные мыльные пузыри.……………………………………………………….6
Практическая часть:
2.2 Опытно-экспериментальная работа ………………………………………..…....8
Заключение………………………………………………………………………………….....9
Список использованной литературы и источников………………………………………..10
Приложение
План исследования
Когда передо мной встал вопрос о выборе Исследовательской работы по физике, я, ни на минуту не задумываясь, выбрала – «Ледяные мыльные пузыри – чудо природы!»
Мыльные пузыри - это состав из мыла, улыбок, радости, детского смеха и чувства что ты счастлив. Мыльные пузыри - любимая забава для детей и даже для взрослых.
Они парят в воздухе, переливаясь всеми радужными красками, и всегда вызывают улыбок. Все мы были когда-то детьми и помним, что в этом нежном возрасте у нас была куча забав: прятки, резиночки, казаки-разбойники, брызгалки - да всего не перечислишь. Но я уверена, в жизни каждого были мыльные пузыри. Пожалуй, шарики из мыльного раствора – это один из самых ярких символов детства. Легкие, радужные, искрящиеся на солнышке – они дарят радость всем, и даже взрослым, давая возможность себя почувствовать такими же беззаботными и свободными, как эти летящие мыльные пузыри. Большинство людей относятся к ним как к обычному явлению. Совсем иначе смотрит на них физик. “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”.
«Мыльный пузырь, витая в воздухе ... зажигается всеми оттенками цветов, присущими окружающим предметам. Мыльный пузырь, пожалуй, самое изысканное чудо природы»
© Марк Твен
Мы все любим мыльные пузыри. Нет ни одного человека, кто бы не пускал их. А ведь мы никогда не смотрели на них, как на произведение искусства. А зря.
Даже самые обыкновенные мыльные пузыри способны доставить нам массу положительных эмоций. Представьте сколько радости принесут необычные пузыри! Например, один человек потратил десять лет, чтобы сделать их разноцветными. А вот чтобы получить ещё одну удивительную их разновидность, нужно всего лишь дождаться зимних холодов. Точнее -7 градусов. Тогда, выйдя на улицу, вы сможете попускать ледяные мыльные пузыри!
Цель моей работы:
Провести исследование природы мыльных пузырей и рассмотреть мыльный пузырь в различных погодных условиях нашего города.
Данная цель предполагает решение следующих задач:
Проанализировать научную литературу по изучаемой теме.
Провести изучение ледяного мыльного пузыря
Сделать выводы.
В работе были использованы следующие научные методы:
Эмпирический
Эксперимент
Анализ
4. Обобщение
Мною выдвинута гипотеза: Я считаю, что мыльный пузырь можно заморозить в условиях низких температур.
Глава 1. Что такое мыльный пузырь и кто его придумал
Из Википедии я узнала, что Мыльный пузырь — это 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.
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.
В этот день никто в городе уже не курил трубок. Все наполнили трубки мыльной пеной и пускали пузыри. Мужчины носили шляпы из мыльных пузырей. Эти шляпы можно было не снимать, входя в дом: войдёшь, а от твоей шляпы уже ничего не осталось. В комнатах и залах, в театрах и во дворцах рядом с настоящими лампами вешали лампы из мыльных пузырей. Правда, такие лампы быстро разлетались по воздуху, но зато мыльные пузыри отражали свет от настоящих ламп, и становилось в тысячу раз светлее.На рынке три арбуза стоили 13 мыльных пузырей, а мешок муки - 24 мыльных пузыря. С тех пор мыльные пузыри перестали так цениться. Но тому, кто придумал пускать мыльные пузыри, можно простить любые недостатки.
Структура мыльного пузыря.
Плёнка мыльного 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
Что представляет собой мыльный пузырь?(I)Это сфера, образованная тонкой плёнкой жидкости и заполненная воздухом (газом), и снаружи также окружённая воздухом. Мыльные пузыри сохраняются достаточно долго, если нет испарения. Происходит это потому, что молекулы мыла, гидрофильными (имеющими сродство к воде) концами направлены внутрь, а гидрофобными (инертными) наружу, создавая нейтральную оболочку. Эта оболочка ограждает воду и мешает испарению. Пузыри, сохраняемые в очень влажном воздухе, чтобы исключить испарение, существует ещё дольше, рекордный срок их жизни – несколько месяцев.
2.1 Ледяные мыльные пузыри
Март в наших краях - это только календарная весна. Климатическая же приходит к нам гораздо позже. Но все-таки морозы уже не такие жгучие и есть возможность для разных забав на улице. Одна из таких - украсить свой двор замороженными мыльными пузырями. Как же сделать так, чтобы это ледяное чудо появилось по взмаху волшебной палочки?(I)Следует опустить соломинку до дна в стакан, таким образом, внешняя часть соломинки окажется покрыта мыльным раствором. Для лучшего эффекта можно наклонить стакан и, прижав соломинку к внутренней стенке, покрутить. Тогда на нее соберется мыльный осадок. После чего отомкнуть соломинку от стенки и плавно вынуть из стакана. Постарайтесь концом соломинки захватить часть пенки. Подносим соломинку горизонтально ко рту и начинаем дуть ритмичными, но со слабой амплитудой выдохами.(II) Саму соломинку плавно крутим, чтобы на краю не скапливалась лишняя влага или кусочки мыла, которые могут порвать пузырь. Когда пузырь достигнет диаметра 4-6 см, мы отнимаем соломинку ото рта, даем войти внутрь холодному воздуху и, плавно покачивая, перемещаем пузырь с кончика на внешнюю стенку. Так, чтобы воздух больше не мог попасть в пузырь. Плавно вращая вокруг оси, мы опускаем соломинку с пузырем на свежий (не втоптанный) снег. Если мы все делали правильно, на днище пузыря скопилась «пенка», которая будет играть роль передатчика холода от снега, и подушки безопасности, которая не даст пузырю лопнуть. Кладем этой подушкой его на снег и ждем пару секунд. При температуре около -17 от момента отрыва соломинки ото рта до момента соприкосновения проходит секунд семь. Если внимательно присмотреться, то к тому моменту, когда мы поднесем пузырь к снегу, нижняя его часть будет на грани замерзания, очень вязкая. А верхняя, так как мы крутим в ней соломинку, которую греет тепло наших рук, еще будет сохранять свои свойства. Через секунду после соприкосновения с поверхностью, когда пузырь припаяется днищем к снегу, мы плавно, но быстро, вынимаем соломинку из него. Если замешкаться, пузырь порвется(II), т.к. уже замерзнет. Если поспешить, пузырь, еще не ставший вязким, лопнет. Замораживание мыльного пузыря является довольно интересным фактом. 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(III,III). Замерзает мыльный пузырь при температуре около -7 градусовЦельсия. Ведь для того чтоб заморозить мыльное чудо(как было сказано выше) достаточно положить на него снежинку, и прямо у вас на глазах пузырь превратится в ледышку.(IV).Для этой цели можно также осторожно опустить пузырь на снег. 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. Фотографировала пузыри под открытым небом, у себя во дворе, где совсем недавно ударили сильные морозы и мели метели.(IV).Каждый раз мыльный пузырь на морозе формировал уникальные узоры и формы(V), которые очень поразили меня.
Опыты
Опыт 1
Вынесите баночку с мыльным раствором на сильный мороз и выдуйте пузырь. Сразу же в разных точках поверхности возникают мелкие кристаллики, которые быстро разрастаются и наконец сливаются. Как только пузырь полностью замерзнет, в его верхней части, вблизи конца трубки, образуется вмятина.
Кристаллизация распространяется снизу вверх. Менее охлажденная и более тонкая (из-за отекания раствора) верхняя часть оболочки пузыря под действием атмосферного давления прогибается. Чем сильнее охлаждается воздух внутри пузыря, тем больше становится вмятина.
.Опыт 2
В две баночки налейте поровну мыльный раствор. В одну добавьте несколько капель чистого глицерина. Теперь из этих растворов один за другим выдуйте два приблизительно равных пузыря и положите их на стеклянную пластинку. Замерзание пузыря с глицерином протекает немного иначе, чем пузыря из раствора шампуня: задерживается начало, и само замерзание идет медленнее.
Стенки замерзшего пузыря из раствора шампуня – монолитная кристаллическая структура. Межмолекулярные связи в любом месте совершенно одинаковы и прочны, в то время как в замерзшем пузыре из того же раствора с глицерином прочные связи между молекулами воды ослаблены. Кроме того, эти связи нарушаются тепловым движением молекул глицерина, поэтому кристаллическая решетка быстро сублимируется, а значит, быстрее разрушается.
Опыт 3
На слабом морозе выдуйте пузырь. Дождитесь, пока он лопнет. Повторите опыт с тем, чтобы убедиться, что пузыри не замерзают, сколько бы их ни выдерживали на морозе. Теперь приготовьте снежинку. Выдуйте пузырь и тут же сбросьте на него сверху снежинку. Она мгновенно соскользнет вниз на дно пузыря. На том месте, где остановилась снежинка, начнется кристаллизация пленки. Наконец, весь пузырь замерзнет. Если положить пузырь на снег – он также через некоторое время замерзнет.
Пузыри на слабом морозе охлаждаются медленно и при этом переохлаждаются. Снежинка является центром кристаллизации. На снегу происходит то же самое явление.
Заключение
В ходе своей работы я ответила на вопрос, что мыльные пузыри – это тонкая плёнка мыльной воды. Я поняла, что это красивое явление можно изучать с разных сторон.
В целом, исследование мыльных пузырей оказалось интересным, красивым и полезным занятием.
Удивительное зрелище – мыльные пузыри на сильном морозе.
Сложно поверить, что эти прекрасные прозрачные шары, покрытые радужными узорами, на самом деле сделаны изо льда.
Чукотские оленеводы не знают, а бедные чукотские дети могли бы получить бесплатные и весьма симпатичные елочные игрушки к Новому году…Да и не только к нему при их-то климате. Почти что круглогодичные бесплатные ледяные шары для чукотских детей. Многие думали, что веселое надувание пузырей считается только летней забавой. Но оказывается и зимой она может принести не меньше, а может даже и больше радости. Что я и попыталась отразить в своей работе. Следовательно, гипотеза подтвердилась.
IV. Список использованной литературы и источников
Гегузин Я.Е. Пузыри – М.: Наука, 1985.
Ж. Б. С. Шарден. Мыльные пузыри. Ок. 1739 г.
Л.Гальрпершин «Здравствуй,физика»
Энциклопедический словарь юного физика. Составитель В.А.Чуянов.
Энциклопедия для детей, т. 16. Физика. с. 1,2
10
5 125
10 613 
