Исследовательская работа: "Как получаются мыльные пузыри".

Антрацитовская общеобразовательная школа №13

Исследовательская работа по физике:

Как получаются мыльные пузыри?

Работу выполнили:

ученицы 7 класса

Иванова София,

Лагажевская

Александра

Руководитель:

учитель физики

Григоренко О.В.

Антрацит

2014

План

Введение

Из истории мыльных пузырей

Почему мыльный пузырь круглый

Растворы для мыльных пузырей

Результаты исследований

Чудеса мыльной пленки

Выводы

Список литературы

Введение

Телом слабый, но сияньем – сильный,

Точно дух, пузырь явился мыльный.

Новелла Матвеева

Летящие по воздуху переливающиеся всеми цветами радуги прозрачные шары. Что это? Ну, конечно, каждый знает ответ - мыльные пузыри. Эта забава известна с давних времён и привлекает как детей, так и взрослых. Но одновременно это и объект для изучения природных явлений. Одним из самых фундаментальных трудов по теме мыльных пузырей является книга известного английского учёного Чарльза Бойса «Мыльные пузыри», составленная более чем сто лет тому назад. Это не только забавная книжка для детей, но и настольное пособие для физиков. А 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 мы и попытались изучить это удивительное природное творение.

Цель нашей работы – провести исследования имеющихся рецептов мыльных пузырей, выявить наиболее эффективные из них.

Из истории мыльных пузырей

Существует легенда о появлении первого мыльного пузыря: в один прекрасный день, когда наконец-то создали мыло 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. 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 нём 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, 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. Пумпатуса, конечно, не казнили, а после этого мыльные пузыри стали популярны не только в одном маленьком королевстве, но и в целом мире!

Ещё на картинах фламандских художников 18 века часто встречались изображения детей, выдувающих мыльные пузыри через глиняную соломинку. В 18 и 19 веках дети выдували мыльные пузыри, используя мыльную воду, оставшуюся после стирки. Выдувание мыльных пузырей приобрело ещё большую популярность, когда в 1886 году Pears Soap Company начала рекламу своего «воздушного» продукта, воспользовавшись знаменитой картиной Джона Миллеса (1829-1896) «Пузыри».

Существует даже миф о недолговечности мыльного пузыря, но его развеял англичанин Джеймс Дьюар, законсервировавший мыльный пузырь в герметичном сосуде с двойными стенками. Преподавателю физики из штата Индиана удалось сохранить пузырь в стеклянной банке в течение 340 дней. Ученики превзошли учителя - их пузыри хранились под колпаком по многу лет.

А 9 августа 1996 года, Алан Маккей (Новая Зеландия) пустил мыльный пузырь длиной 32 метра. Его имя было занесено в «Книгу рекордов Гиннеса». Подсчитано, что из капли мыльной воды в 1 мм куб можно выдуть пузырь диаметром 20 см, а 1 мл раствора хватит на пузырь диаметром 6 м.

Почему мыльный пузырь круглый

Тот пузырь, который свободно парит в воздухе, имеет форму шара. Что заставляет мыльный пузырь принимать такую форму? Причина этому – силы поверхностного натяжения жидкости. Они возникают между частицами воды. Частицы воды или другой жидкости притягиваясь друг к другу, стремятся сблизиться. Каждая частица на поверх­ности притягивается остальными частицами, находящимися внутри жидкости, и поэтому устремляются друг к другу. Так как частицы жидкости могут свободно перескакивать из одного положения в другое, то она принимает такую форму, при которой число частиц на поверхности минимально. А минимальную площадь поверхности при данном объеме имеет шар.

Наглядно появление сил поверхностного натяжения можно объяснить сле­дующим образом. Если большая группа тел обладает свойством притягивать друг друга или тела по своему желанию устремляются друг к другу, то результат будет один: они соберутся в ком, подобный пчелиному рою. Каж­дое тело «стремится» внутрь этого кома, и поверхность кома сокращается, приближаясь к сфере. Это и будет модель возникновения сил поверхностного натяжения.

Растворы для мыльных пузырей

Для исследования мы взяли несколько известных рецептов для приготовления растворов:

Рецепт №1: 600 г воды, 200 г жидкого моющего средства для посуды, 100 г глицерина.

Рецепт №2: 600 г горячей воды, 300 г глицерина, 200 г моющего средства в порошке, 20 капель нашатырного спирта.

Рецепт №3: 300 г воды, 300 г жидкого мыла для мытья посуды, 2 чайной ложки сахара.

Рецепт №4: 4 столовых ложки мыльной стружки, 400 г горячей воды. Дать постоять неделю, добавить 2 чайной ложки сахара.

Рецепт №5: 100 г тёплой воды, 2 г тонко наструганного «Детского» мыла,10 г глицерина. После охлаждения добавить концентрированный раствор аммиака, чтобы жидкость станет прозрачной.

Из источников мы узнали секреты производства мыльных пузырей:

1. Вода должна быть мягкой. Самый простой способ смягчить воду – хорошенько прокипятить её и дать отстояться. Для приготовления раствора лучше брать тёплую воду, в ней быстрее растворяется моющее средство.

2. Если в качестве моющего средства используется мыло, то лучше брать хозяйственное отечественного производства.

3. Пузырь живет, пока он влажный. Для того чтобы мыльная пленка как можно дольше не высыхала, в раствор добавляют глицерин. Глицерин можно заменить водным раствором сахара с желатином.

4. Лучше выдувать пузыри в прохладном месте.

5. Поверхность инструментов, из которых выдуваются пузыри должна быть шероховатой, для уменьшения скольжения по нему мыльного раствора.

Результаты исследований

1. Зависимость размеров мыльных пузырей от раствора:

2. Зависимость размеров пузырей в рецепте №1 от вида моющего средства торговой марки «Nivea».

3. Зависимость размеров пузырей в рецепте №1 от марки моющего средства:

4. Зависимость размеров мыльных пузырей в рецепте №1 от добавки:

Чудеса мыльной пленки

Опыт 1

Сделаем из проволоки в прямоугольную рамку. Опустим её в раствор и вынем. В рамке натянется мыльная пленка. Привяжем к противоположным сторонам рамки нить, не натягивая её. Нить свободно будет лежать на мыльной плёнке. Дотронемся теперь кусочком салфетки до нижней части, она лопнет, а верхняя мгновенно натянет поперечную нитку кверху, полукругом.

Опыт 2

В предыдущем опыте на мыльную плёнку положим петельку, связанную из шелковой нити. Петелька расположится на плёнке неправильной фигурой. Но если мы прорвем плёнку в середине этой фигуры, мыльная плёнка между ниткой и проволокой тут же растянет нашу петельку, и петелька примет форму окружности.

Опыт 3

Сделаем куб из проволоки. Погрузим куб целиком в раствор. Если вытащить его осторожно, в центре большого куба окажется тонкая квадратная плёнка, соединенная плёнками с ребрами куба. Погрузим этот куб снова в раствор, только одной нижней его плоскостью, в середине куба появится маленький кубик из мыльной плёнки, а вокруг него - шесть правильных пирамид, отливающих всеми цветами радуги.

Опыт 4

Сделаем из проволоки спираль; другой кусок проволоки будет осью этой спирали. Концы спирали прикрутим к концам оси. Если этот проволочный прибор окунуть в мыльный раствор, его обовьет прекрасная винтовая плёнка, отливающая всеми цветами радуги.

Опыт 5

Для этого опыта нужно выдуть большой пузырь и посадить его на край стакана, смазав предварительно край глицерином. Позади пузыря зажжем свечу. Наш пузырь заиграет чудесными переливами красок, а мы будем их наблюдать. Свечу поставим в 80 см от пузыря; а с другой стороны, в 10 см от него, поставим рамку, обтянутую тонкой бумагой или, калькой. Тотчас же наш шар вырисуется на экране, а через несколько мгновений на экране станут отчетливо видны цветные круги - "ньютоновы кольца". Кольца разного цвета будут перемещаться сверху вниз. Один цвет будет сменять другой, но в этом не будет никакой случайности: смена цветов происходит в определенном, строгом порядке.

Выводы

1. Прочные, долговечные и крупные пузыри получа­ются, если уменьшить испа­рение с поверхности. Этого можно добиться, во-первых, добавляя в раствор глице­рин, во-вторых, охлаждая раствор, и, в-тре­тьих, пуская пузыри в про­хладном помещении с повы­шенной влажностью.

2. Наилучшими рецептами для получения красивых, больших и устойчивых пузырей являются рецепты №1 и №4.

3. Для получения красивых пузырей в растворе использовали синтетические моющие средства.

4. Размеры получаемых пузырей зависят от качества моющего средства и от его вида. Наилучшие результаты даёт жидкое мыло «Nivea». Не рекомендуется использовать в этих целях шампуни.

5. При замене в рецепте №1 глицерина на желатин+сахар существенных отличий не отмечено.

Список литературы

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

2. Журнал «Наука и жизнь», №2, 1982; №1, 2002 г.

3. Энциклопедия для детей.[Т.16]. Физика. Ч. 1,2. – М.: Мир энциклопедий Аванта+, 2007

4. Энциклопедический словарь юного физика. Сост. В.А. Чуянов. – М.: Педагогика, 1984

5. Лущекина О.Б. «Шоу мыльных пузырей, или куда может завести работа над проектом», газета «Физика», №22, 2004

6. http://igrushka.kz/vip58/puzir.php - Мыльные пленки и пузыри

7. http://www.nevcos.ru/fl.html - Секреты производства мыльных пузырей.