Поверхностное натяжение жидкости (стр. 4 )

Сейчас уже десятки людей побывали в космосе, своими глазами увидели Землю "со стороны", сфотографировали ее. Формой своей Земля похожа на мыльный пузырь… Это не случайное совпадение. Неважно, что разная природа у сил, придающих форму Земле и мыльному пузырю. Важно то, что за взаимодействие этих разных сил отвечает один и тот же закон. Только шаровая форма обеспечивает этим силам устойчивое равновесие

В мире, в котором мы живем, действует множество законов физики. Среди них и такие, которые знает каждый школьник из учебников физики, и такие, которые известны сегодня только немногим. Главное для нас – научиться применять эти законы. Например, зная свойства мыльных пленок и применяя проволочные каркасы можно

наглядно решать некоторые геометрические задачи, в том числе и практические. Например, при проектировании зданий макеты крыш выполняются в виде каркасов. Расчет проверяется с помощью мыльных пленок, которые формируются на этих каркасах.

Мне кажется, что если бы мы не пытались выдувать мыльные пленки, просто так, ради забавы, то не было бы и профессии стеклодува, потому что человек научился выдувать пузыри, не только мыльные, но и стеклянные. Стекло для этого сначала размягчают в пламени горелки. Свежевыдутому пузырю можно придать любую форму, и, застывая, пузыри становятся, например, колбами (которые мы применяли для своих исследований). Профессия этого человека называется – стеклодув. Она тесно связана с творчеством. Ведь даже химическая посуда бывает сложной формы, требующей от стеклодува мастерства и вдохновения.

Большое количество мыльных пузырей, сливаясь, образуют пену, а она применяется при транспортировке сильно пылящихся материалов. Руда, уголь на конвейере легко развеваются. Пена, покрывающая руду или уголь, разрушает вредное воздействие пыли на организм человека, устраняя пылевое загрязнение воздуха.

Использование же замечательного физического эффекта – поверхностного натяжения в тонких пленках жидкости началось с морского дела.(10) В декабре 1964 г. в гавани города Эль-Кувейт затонуло судно с 6000 овец на борту. Специалисты прикинули, что потребуется пол года для подъема корабля. Между тем такой срок был недопустим: из гавани в город подавалась вода и возникала опасность эпидемии.

Положение спас датчанин Карл Кройер. Он предложил накачать в затонувшее судно пену, приготовленную из полистирола (такая пена на 98% состоит из воздуха).

Изготовили 200т. полистироловых крупинок, закачали их по трубе внутрь корабля – пена вытеснила воду, закупорила небольшие отверстия, осталось только перекрыть крупные пробоины. 27 млн. пузырьков пены подняли корабль.

Пену так же применяют в противопожарной технике. Менее известно все более широкое использование пены в борьбе с холодом, заморозками, обледенением.

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.

Воздух в пузыре и оболочка пузыря оказываются более охлажденными в нижней части, так как в вершине пузыря находится менее охлажденная трубка. 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

Опустите конец трубки в мыльный раствор, а затем выньте. На нижнем конце трубки останется столбик раствора высотой около 4 мм. Приложите конец трубки к поверхности ладони. Столбик сильно уменьшится. Теперь выдувайте пузырь до появления радужной окраски. Пузырь получился с очень тонкими стенками. Такой пузырь ведет себя на морозе своеобразно: как только он замерзает, так сразу лопается. Так что получить замерзший пузырь с очень тонкими стенками никогда не удается.

Толщину стенки пузыря можно считать равной толщине мономолекулярного слоя. Кристаллизация начинается в отдельных точках поверхности пленки. Молекулы воды в этих точках должны сблизиться друг с другом и расположиться в определенном порядке. Перестройка в расположении молекул воды и сравнительно толстых пленках не приводит к нарушению связей между молекулами поды и мыла, тончайшие же пленки разрушаются.

Опыт 3

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. Обратите внимание: замерзший пузырь из раствора шампуня сохраняется на морозе дольше, чем замерзший пузырь с глицерином.

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 4

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.

САМЫЕ БОЛЬШИЕ МЫЛЬНЫЕ ПУЗЫРИ

Если вас интересует, как надуть самый большой радужный пузырь, рекомендуем обратить внимание на компанию beeboo Big Bubble Mix, находящуюся в штате Миннесота, Америка. Она как раз производит оборудование для создания гигантских мыльных пузырей. Размеры воздушных чудовищ таковы, что в это даже не верится!

Между тем все вполне реально. Достижения компании зафиксированы в книге рекордов Гиннеса – в октября 2005 на оборудовании beeboo удалось выдуть пузырь объемом в три кубических метра. Напомним, что это три тысячи литров. А если бы подобную емкость можно было заполнить водой, то ее вес составил бы три тонны.

Для пузырей-гигантов используется специальный мыльный концентрат. Как говорят представители компании, для впечатляющего результата достаточно бутылочки в пол-литра. Перед употреблением (на пузыри, естественно) концентрат следует разбавить 3-4 литрами воды. Это означает, что только пленка пузырей-гигантов в чистом виде весит 3-4 килограмма!

Разумеется, для надувания таких пузырей не годятся человеческие легкие. Компания рекомендует воспользоваться легким ветром. Специальная палочка с кольцом прилагается. Надо полагать, что веселее всего пускать подобных монстров с небоскребов. Этакий мягкий ответ Бойцовскому клубу и проекту Разгром. Потому что, судя по фото, мыльные гиганты просто-напросто тут же ложатся на траву, если их пускать с уровня земли.

Впрочем, несмотря на все рекорды, пузыри от beeboo Big Bubble Mix пока очень и очень далеки от своего теоретически предельного размера. Как утверждает сама компания, самый большой мыльный пузырь, какой только можно создать в нашей Вселенной, будет иметь объем в 400 тысяч литров (400 кубометров) и диаметр порядка 30м.

ЦВЕТНЫЕ МЫЛЬНЫЕ ПУЗЫРИ

Можно обвешаться гаджетами, а потом избавиться от них через пару лет, купить другие и так далее. Но есть вещи, которыми забавлялись наши бабки и деды, и будут забавляться дети наших детей. К этой категории относят забаву пускать мыльные пузыри. В течение десятилетий кардинальных изменений в этой сфере не было. Однако в следующем году, похоже, может произойти небольшая революция в этой сфере увеселений.

Американский изобретатель различных игрушек Тим Кехо (Tim Kehoe) завершил свои исследования - всего каких-то 11 лет и обошедшиеся в "скромную" сумму около 500 тыс. долларов. Результат исследования - специальный краситель, предназначенный для окраски в разные цвета мыла, из которого надувают пузыри. Основная сложность в том, что если "красить" мыло по старинке, то при лопании пузыря будет оставаться довольно неэстетичное пятно: на лице, руках, телах окружающих и одежде. Новый краситель свободен от этих недостатков: достаточно смыть его сразу или же подождать полчаса - пятна не будет, утверждает создатель.

Тема 3. Поверхностное натяжение

«Выдуйте мыльный пузырь и смотрите на него,

вы сможете заниматься всю жизнь его изучением,

не переставая извлекать из него уроки физики».

/ Томсон Уильям ( лорд Кельвин) /

Каждый из нас, наверное, не раз занимался этим увлекательным делом – пусканием мыльных пузырей. Это не только забава. На мыльных пузырях ученые изучали строение и поведение тонких пленок, а так же силы поверхностного натяжения. Тонкая пленка мыльного пузыря, переливающаяся всеми цветами радуги, была предметом исследования и размышлений великого физика Исаака Ньютона. О расцветке мыльного пузыря в своих стихах писал :

Горит, как хвост павлиний,

Каких цветов в нем нет!