Исследовательская работа ""Магические пузыри" | Лилицак Нелля Александровна. Работа №216586

МБОУ «СОШ в п. ОМЧАК»

Исследовательская работа

«Магические пузыри»

Работу выполнила:

Губо Екатерина

ученица 4 класса

Учитель: Лилицак Н.А.

2014 г.

Содержание Стр.

Введение 2-3

Глава1. История происхождения мыльных пузырей 4

Глава 2. Технология получения мыльных пузырей 5-6

Глава 3 Физические свойства мыльных пузырей. 7-8

Глава 4.Использование мыльных пузырей в науке и жизни. 9

Заключение 10

Список литературы 11

Приложение 1.Мои исследования 12

Приложение 2. Интересные факты о мыльных пузырях 13

Введение

Объект исследования:
Мыльный пузырь.

Предмет исследования:
Форма и состав мыльных пузырей

Цель исследования:
Выявить свойства и форму мыльных пузырей

Гипотеза:
Самые стабильные пузыри получаются при использовании детского шампуня.

Задачи проекта:

собрать информацию о приготовлении, свойствах и форме мыльных

пузырей;

приготовить раствор мыльных пузырей в домашних условиях

изготовить мыльные пузыри;

проанализировать теоретические и практические результаты получения мыльных пузырей, их свойств и формы;

п

роанализировать знания своих сверстников

по теме и

тем самым

заинтересовать своих одноклассников.

Этапы исследования:

собрать информацию о форме и свойствах мыльных пузырей (спросить у родителей, прочитать в книге, найти в Интернете);

определить какой раствор для приготовления пузырей самый лучший;

сравнить теоретический и практический результ

ат изготовления мыльных пузырей.

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 и я попыталась изучить это удивительное природное творение.

Раздел 1.История происхождения мыльных пузырей

Мыльные пузыри известны с давних времён и привлекают как взрослых, так и детей. При раскопках древнего города Помпеи были найдены фрески с изображением детей, выдувающих мыльные пузыри.

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».На самом деле – история мыльных пузырей –это и история мыла. Из литературы я узнала, что по римской легенде, мыло получило своё название от горы Сапо, где в жертву приносились животные. Дождь смывал жир животных вместе с золой в глиняную почву. Люди обнаружили, что эта смесь глины делает бельё более чистым. Вот тут и начало истории мыла.

Раздел 2.Технология получения мыльных пузырей

Прозрачные шарики, которые переливаются всеми оттенками радуги, с давних времён представляли интерес и забаву для детей и взрослых. Древние фрески, найденные при раскопках города Помпеи, свидетельствуют о том, что уже тогда дети забавлялись, выдувая мыльные пузырьки. И сегодня, в двадцать первом веке это занятие не потеряло своей актуальности и достаточно популярно не только как игра детей, но и в различных шоу-программах – фокусах.

Мне стало интересно - а можно ли приготовить раствор  мыльных пузырей в домашних условиях самому.

Я наивно полагала, что мыльные пузыри делаются из воды и детского шампуня. Я перевела кучу шампуня и мыла, но пузыри у меня не получались, а если и получалось выдуть пузырь, то он почти сразу лопался, не успевая долететь до земли. Оказывается, чтобы выдуть мыльный пузырь, надо знать элементарные законы физики. Моющие средства содержат молекулу ПАВ, которые имеют полярную структуру, а для увеличения полярности этих молекул добавляется глицерин. Мыльная плёнка имеет сложное строение: образующий её раствор как бы укреплён частоколом упорядоченно расположенных молекул ПАВ, входящих в состав мыла. Концы длинных молекул ПАВ по –разному относятся к воде: один конец охотно соединяется с молекулами воды, а другой к ним безразличен.

При изучении литературы на заданную тему я столкнулась с несколькими видами приготовления рецептов и пришла к выводу, что для их приготовления недостаточно простого шампуня или мыльного раствора. Необходимо знать некоторые нюансы рецептов.

Из источников я узнала секреты производства мыльных пузырей:

Производить

опыты с мыльными пузырями

нужно медленно, осторожно, спокойно. Освещение должно быть, по возможности, яркое: иначе пузыри не покажут своих радужных переливов.

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.

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

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.

Лучше выдувать пузыри в прохладном месте.

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

Сэм Хит использовал секретную формулу, над которой он химичил двадцать лет. "Все зависит от правильного мыльного раствора”, – рассказывал мастер. – Если у вас нет правильного состава, вы можете дуть сколько угодно, но у вас ничего не получится».  

Как же мне приготовить правильный раствор? Я поняла, что  основу всех рецептов составляют вода и моющее вещество. И я начал экспериментировать. В четырех посудах я приготовил раствор. 1 раствор – вода + порошок, 2 – вода + шампунь, 3 – вода + стружки мыла, 4– вода + жидкость для мытья посуды. Растворы  готовы. 

Итак, мыльный пузырь – тонкая многослойная пленка мыльной воды, наполненная воздухом, обычно в виде шара с переливчатой поверхностью. Плёнка пузыря трёхслойная: состоит из тонкого слоя воды, заключенного между двумя слоями мыла (мыло + вода + мыло). На все жидкости воздействует сила поверхностного натяжения, которая как бы удерживает все молекулы вместе, препятствует их «распылению» в газообразной среде. У мыла и воды разное поверхностное натяжение: вода стремится сжаться в каплю, но мыло противодействует этому. Благодаря этому и становится возможным формирование пленок из воды, которые могут довольно длительное время быть устойчивыми и сохранять свою форму. Также слои мыла защищают воду от быстрого испарения.

Раздел 3.Физические свойства мыльных пузырей

А почему же пузыри имеют такую красивую радужную окраску? Мне всегда хотелось ответить на этот вопрос. Мыльный пузырь-это слой мыла на внешней стороне, слой молекул воды в середине и слой мыла на внутренней части. Луч света этими слоями расщепляется на составляющие -красный. Желтый, зелёный и синий. Свет отражается от первого и второго слоя мыла. Волны света смешиваются ,добавляя или вычитая частоты друг друга. Эта смесь и образует сочетания различных цветов.

Ещё очень интересный вопрос. Почему пузырь, парящий в воздухе ,имеет форму шара?

Оказывается, 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.

Вывод. Мыльные пузыри- упругое вещество, поэтому содержат в себе некоторый инородный объём воздуха, старается принять форму, имеющую наименьшую площадь поверхности при наименьшем объёме. Такими свойствами обладает шар. Вот почему мыльные пузыри выглядят как почти правильные сферы.

Если говорить о размерах мыльного пузыря, то он может варьировать в размерах от 10 мм до 40 м. В самый большой в мире мыльный пузырь поместилось 34 человека! Выдул его шоумен Фань Ян в июне 2007 года в Нью-Йорке.

Я попробовала замораживать мыльные пузыри. Эффект превзошел все мои ожидания. При замораживании плёнка оказывается не хрупкой, она обнаруживает пластичность. Это следствие малой её толщины. Замерзание происходит снизу вверх. При сильном морозе на стенках пузыря сразу в нескольких местах начинается процесс кристаллизации и постепенно весь пузырь замерзает.

Теперь о долговечности мыльного пузыря. Миф о его недолговечности развеял англичанин Джеймс Дьюар, законсервировавший мыльный пузырь в герметичном сосуде с двойными стенками на срок более месяца. Это оказалось полезным экспериментом. Позднее дьюар-сосуд, названный в честь изобретателя, нашел применение для хранения и перевозки жидкого азота. Как долго живёт пузырь, зависит от того, как долго он будет оставатьсявлажным и вязким. Глицерин, как было сказано выше, отлично замедляет время высыхания. Так же действует и водный раствор сахара с желатином.

Рассмотрим факторы, влияющие на долговечность мыльного пузыря. В первую очередь это состав воды. Она должна быть мягкой , без примесей, лучше дистиллированная. Из жесткой воды из-под крана пузыри получаются хрупкими. А из солёной воды их и вовсе не выдуешь. Большое значение имеет и влажность воздуха, чем выше влажность, тем долговечнее пузыри. Поэтому лучше пузыри пускать после дождя. Так же влияет и температура мыльного раствора.

Из литературы, я узнала и думаю немногие, вероятно, знают, что пленка мыльного пузыря представляет собой одну из самых тонких вещей на Земле. К примеру – волос или папиросная бумага толще мыльного пузыря в 5000 раз.

Почему мыльные пузыри поднимаются вверх? Выдувают пузырь так: окунув трубочку в раствор и держа ее отвесно, так, чтобы на конце образовалась пленка жидкости, осторожно дуют в нее. Так как пузырь наполняется при этом теплым воздухом из наших легких, который легче окружающего комнатного воздуха, то пузырь тотчас же поднимается вверх.

Глава 4.Использование мыльных пузырей в науке и жизни

Детское на первый взгляд развлечение не обходят стороной и учёные. Изучение свойств мыльных плёнок помогает смоделировать технические процессы в различных областях науки, техники, развлекательных шоу. Я нашла высказывание великого английского учёного Кельвина по моей теме: « Выдувайте мыльный пузырь и смотрите на него: вы можете заниматься всю жизнь его изучением , не переставая извлекать из него уроки физики.» Я задавала себе вопрос, ну какое может ему быть практическое применение, ведь он бесполезен? Но когда я стала искать в журналах, книгах, Интернете материал для своей работы, то с удивлением обнаружила, что мыльные пузыри используются в различных областях науки, архитектуре, медицине, промышленности и т. д. Вот что я обнаружила:

Мыльные пузыри помогают предсказывать траекторию ураганов.

Французские учёные обнаружили, что вихри, определённым образом созданные в мыльном пузыре, ведут себя так же, как ураганы и циклоны.

Американские физики предложили моделировать чёрные дыры с помощью мыльных пузырей .

Я узнала , что с их помощью перерабатывают нефть.

Этот новый

п

ромышленный способ переработки нефти с помощью мыльных пузырей оставляет минимум нетоксичных отходов и не требует больших энергозатрат.

Придумана нанотехнология на базе мыльных пузырей, только сами пузыри сделаны не из мыла, а из жидкости на основе полимеров.

Игрушку-тренажер для домашних животных создала американская фирма.

Устройство пускает пузыри с запахом курицы. Собака или кошка могут часами веселиться и прыгать, пытаясь достать пузыри. А я тоже заметила, что кошки любят наблюдать за летающими пуз

ырями даже с большим восторгом , ч

ем маленькие дети.

Мыльные пузыри ещё и помощники офтальмологов.

Оказывается, что клетки сетчатки глаза ведут себя так же, как мыльная пена.

Мыльные пузыри позволят повысить точность метеопрогнозов.

Если сравнить размер земного шара с толщиной атмосферы Земли, то окажется ,что она такая же тонкая, как стенка мыльного пузыря. И на мыльном пузыре моделируются процессы, идущие в атмосфере Земли.

Выводы

Выдувание мыльных пузырей –  одно из любимых  детских  развлечений. Когда и где точно появились мыльные пузыри и по сей день остаётся загадкой. Секреты мыльных пузырей интересовали философов, художников, учёных на протяжении веков, не оставляя равнодушных и в 21 веке.
В ходе моей исследовательской работы я узнала, что основу всех рецептов для раствора составляют вода и моющее вещество. Это может быть жидкость для мытья посуды, мыло, стиральный порошок, гель для душа, шампунь. Вода должна быть теплой. Самое главное, «секретное»  вещество, которое придает пузырям прочность – это глицерин. Для лучшего результата раствор должен «отстояться» 30-40 минут.
Я выявила влияние различных моющих средств, входящих в состав мыльного пузыря на его долговечность. 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.

Заключение

Закончив свою работу, я поняла , насколько мало я знала о таком удивительном физическом явлении, как мыльный пузырь. Проведя своё собственное исследование, я выяснила, что растворы для мыльных пузырей лучше всего готовить на основе жидких моющих средств. Порошкообразные средства в этих целях лучше не использовать. Исследование мыльных пузырей оказалось интересным, красивым и полезным занятием.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

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

Журнал «Наука и жизнь», №2, 1982

; №1, 2002 г.

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

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

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

http://igrushka.kz/vip58/puzir.php

-

Мыльные пленки и пузыри

http

://

www

.

nevcos

.

ru

/

fl

.

html

- Секреты производства мыльных

Приложение 1

Я решила выяснить, как влияет на долговечность мыльного пузыря состав мыльного раствора.

Чт

о

бы изучить этот

фактор, я провела эксперимент.

Я взяла четыре вида моющих средств: жидкое средство для посуды «

Fairy

», шампунь, стиральный порошок для ручной стирки и хозяйственное мыло. На их основе я приготовила четыре мыльных раствора. Рецепт приготовления очень прост. Мне понадобилось: вода-4 ложки,1 столовая ложка моющего средства и 1 столовая ложка глицерина. Раствор настаивался в течении суток. Из каждого раствора я выдувала мыльные пузыри и засекала наибольшее время их «жизни».

Я решила выяснить, как влияет на долговечность мыльного пузыря состав мыльного раствора.

Что

бы изучить этот фактор, я провела эксперимент. В результате исследований мною было установлено, что лучший раствор из которого получаются пузыри «долгожители» был приготовлен из жидкого средства для мытья посуды. На втором месте был шампунь, на третьем хозяйственное мыло. Самый плохой результат получен при применении стирального порошка.

Сделала выводы:

1. Несколько капель глицерина, добавленные в мыльный раствор, сделали пузыри более прочными и незабываемыми. 

2.Добавление в мыльный раствор сахара способствуют выдуванию мыльных пузырей более больших  размеров.

3. Дистиллированная вода наиболее пригодна для изготовления мыльных пузырей по сравнению с  фильтрованной или водопроводной.

Приложение 2

«Английский физик Чарльз Бойс изучал в своих трудах вышеуказанную тему и даже написал целую книгу, которая так и называется – «Мыльные пузыри».  

Альберт Эйнштейн многие свои открытия сделал… купаясь в ванной. Он мог долгое время нежиться в мыльной воде и играть с радужными пузырями. Эйнштейн абсолютно забывал о времени и погружался в свою особенную реальность. И все благодаря мыльным пузырям.

Следует отметить один интересный факт о продолжительности существования мыльных пузырей: Пузырь преподавателя физики из штата Индиана «прожил» чуть ли не год — 340 суток!

А 37-летний Сэм Хит создал мыльный пузырь 1,5 метра в высоту и 3,3 метра в ширину.

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.

Ж.Б.С.Шарден «Мыльные пузыри» (18 век)

Джон Миллес «Пузыри» (19 век)