Мыльные пузыри

Введение 

  Наша  работа посвящена мыльным пузырям. Почему мы выбрали эту тему?

Во - первых, мыльные пузыри - это очень красиво, неслучайно их так любят дети, и не только дети. Использование пузырей в развлекательных шоу – Шоу мыльных пузырей - показывает, что и взрослым они тоже нравятся.

Во-вторых, их очень просто сделать.

В-третьих, как выяснилось в процессе работы, изготовление и изучение мыльных пузырей позволяет исследовать, продемонстрировать, "прочувствовать" множество физических законов, которые имеют важнейшее значение в науке и технике.

В-четвертых, живые клетки тоже в некоторых процессах сродни мыльным пузырям, что делает работу ценной с точки зрения биологии.

Итак, исследование мыльных пузырей оказалось интересным, красивым и полезным занятием.

Актуальность работы

  Актуальность работы заключается в том, что мыльные  пузыри являются главным участником очень важных технологических процессов и физических явлений.  Эти процессы могут быть организованы лучшим образом, если будут поняты физические закономерности, управляющие поведением мыльных  пузырей.

Гипотеза

  Размер и «время жизни» мыльного пузыря зависят от коэффициента поверхностного натяжения, состава раствора и температуры.

Разработанность исследуемой проблемы

  Детские, на первый взгляд, развлечения, не обходят стороной серьезных ученых. Чарльз Бойс сто лет тому назад опубликовал фундаментальный труд "Мыльные пузыри", который по сей день остается не только забавной книжкой для детей, но и настольным пособием для физиков-теоретиков и экспериментаторов. Одних патентов на выдувание мыльных пузырей к настоящему времени выдано многие тысячи. Некоторые из них имеют отнюдь не пустяшное значение.

Основное содержание

История мыльных пузырей

История мыльных пузырей почти такая же древняя, как и история мыла. Еще на картинах фламандских художников XVII в. часто встречались изображения детей, выдувающих мыльные пузыри через глиняную соломинку.

  Детские, на первый взгляд, развлечения, не обходят стороной серьезных ученых. Чарльз Бойс сто лет тому назад опубликовал фундаментальный труд "Мыльные пузыри", который по сей день остается не только забавной книжкой для детей, но и настольным пособием для физиков-теоретиков и экспериментаторов. Одних патентов на выдувание мыльных пузырей к настоящему времени выдано многие тысячи. Некоторые из них имеют отнюдь не пустяшное значение.

  Выдувать пузырь нужно так: окуну в трубку в раствор, держа трубку отвесно, так, чтобы на конце её образовалась пленка жидкости, осторожно дуют в  неё. Выдув пузырь, обмакивают палец в мыльный раствор и стараются пузырь проткнуть; если он не лопнет, то можно приступить к опытам. Проводить опыты нужно медленно, осторожно, спокойно.[3]

  Мыльный пузырь — тонкая плёнка мыльной воды, которая формирует сферу с переливчатой поверхностью. Мыльные пузыри обычно недолговечны, существуют лишь несколько секунд и лопаются при прикосновении или самопроизвольно.[7] Пузырь существует потому, что поверхность любой жидкости, например, воды, имеет некоторое поверхностное натяжение. Сила поверхностного натяжения определяется по формуле:

F= 2урR, где у  - коэффициент поверхностного натяжения.[5]

  Нами  были приготовлены разные составы для выдувания мыльных пузырей, включающие в себя 40 частей воды, 8 частей моющего средства и 2 части глицерина.

 

Результаты измерения времени жизни мыльных пузырей в зависимости от состава мыльного раствора показали, что наиболее долгоживущими являются пузыри, состав для выдувания которых приготовлен из шампуня  "Fructis"» , крем-мыло «Бархатные ручки» и средство для мытья посуды «Миф».

  Проводя исследование, из различных опубликованных источников мы узнали, что англичанин Джеймс Дьюар, законсервировал мыльный пузырь в герметичном сосуде с двойными стенками на срок более месяца. Забава оказалась полезной: позднее дьюар - сосуд, названный в честь изобретателя, — нашел применение для хранения и перевозки жидкого азота.

  Преподавателю физики из штата Индиана удалось сохранить пузырь в стеклянной банке в течение 340 дней.

  Имя самого удачливого "надувателя" мыльных пузырей из Берна вошло в книгу рекордов Гиннеса: в 1985 году мастер публично выдул пузырь длиной 4 с половиной метра. На сегодняшний день рекорд самого большого свободно плавающего мыльного пузыря  у новозеландца Алана Маккея, который 9 августа 1996 года выдул мыльный пузырь длиной 32 метра. Британец Сэма Хита в 2006 году поместил 19 школьников ростом не ниже 150 сантиметров в один мыльный пузырь, а в 2007 его отметили в Книге рекордов Гиннеса за то, что он поместил в мыльный пузырь 50 школьников, год спустя - уже 66 человек в одном пузыре. [2]

Заключение

Цель

Извлечь уроки физики из рассмотрения поведения мыльных пузырей, для этого изучить свойства мыльных пузырей и  различных моющих средств, найти коэффициент силы натяжения, провести опыт с замораживанием мыльного пузыря.

Задачи

опытным путем изучить свойства мыльных пузырей; изучить свойства моющих средств, с помощью мыльных пузырей; экспериментальным путем определить коэффициент поверхностного натяжения для различных растворов моющих средств; определить, может ли мыльный пузырь существовать при минусовой температуре;

Объект исследования

Мыльные пузыри из различных моющих средств

Предмет исследования

Мыльный пузырь

Методы исследования

информационно - познавательный, экспериментальный, анкетирование.

Практическая часть

Проведя анкетирование среди 40 учащихся нашей школы, мы выяснили, что мыльные пузыри выдували 88% опрошенных учеников (диаграмма 1);

 

узнали, какие вещества используют ученики нашей школы для приготовления такого состава – шампунь (35%), жидкое мыло (30%), средство для мытья посуды (35%) (диаграмма 2).На вопрос о времени жизни мыльного пузыря получили следующие результаты –у  47% учащихся они жили менее минуты, около -24% и более 1 минуты-29% (диаграмма №3). Вопрос о том, что можно ли надуть мыльный пузырь на морозе вызвал затруднение, поэтому учащиеся могли только предположить (диаграмма №4).

Для выдувания мыльных пузырей мы использовали соломинки от коктейля и воронки разного диаметра. Выяснили, что чем больше диаметр инструмента, тем больше выдуваемый мыльный пузырь 

   

  Радужную окраску мыльный пузырь приобретает в результате явления интерференции, возникающего при сложении световых волн, отраженных от внутренней и внешней поверхностей стенки мыльного пузыря. Результат интерференции (усиление или ослабление результирующих колебаний) зависит от угла падения света на пленку, ее толщины и длины волны. [1]

Далее мы провели различные эксперименты.

Определили коэффициент поверхностного натяжения растворов моющих средств.

Результаты занесли в таблицу 1

№	Название раствора	Масса хим. стакана, г	Масса стакана с раствором, г	Диаметр капель ницы, мм	Масса раствора, г	Масса одной капли, г	у, м Н/м
1	Шампунь "Fructis"	46,6	46,82	2	0,22	0,0055	8,75
2	Крем-мыло «Бархатные ручки»	46,6	47,57	2	0,97	0,024	38,2
3	Средство для мытья посуды «Миф»	46,6	47,2	2	0,6	0,015	23,9

Вывод: У раствора № 2 коэффициент поверхностного натяжения наибольший, а у № 1 – наименьший. Это связанно с вязкостью растворов. Таким образом, мы выяснили, что у раствора из шампуня наибольшая вязкость.  Более вязкий раствор имеет меньший коэффициент поверхностного натяжения и мыльный пузырь, выдутый из этого раствора, имеет большее «время жизни» и больший диаметр.

Зависимость коэффициента поверхностного натяжения от температуры

Таблица 2

№	Раствор с добавлением:	t, C	Масса 40 капель, г	Масса одной капли, г.	Диаметр, мм	у, м н/м
1	Шампунь "Fructis"	20	0,22	0,0055	2	8,75
40	0,21	0,0052	2	8,28
60	0,2	0,005	2	7,96
2	Крем-мыло «Бархатные ручки»	20	0,97	0,024	2	38,2
40	0,94	0,0235	2	37
60	0,91	0,02275	2	36
3	Средство для мытья посуды «Миф»	20	0,6	0,015	2	23,9
40	0,58	0,0145	2	23
60	0,55	0,014	2	22

Вывод С увеличением температуры раствора коэффициент поверхностного натяжения уменьшается, так как изменяется вязкость растворов.

Определение «времени жизни» и размера мыльных пузырей в зависимости от коэффициента поверхностного натяжения

Таблица 3

Раствор с добавлением:	Диаметр мыльного пузыря (см)	«Время жизни» мыльного пузыря (с)
Шампунь «Fructis»	32,5	45
Крем-мыло «Бархатные ручки»	20	33
Средство для мытья посуды «Миф»	17	30

Вывод: Из раствора №1  выдуваются пузыри большего диаметра и «время жизни» пузырей из него наибольшее. Это связанно с вязкостью раствора.

«Замораживание мыльного пузыря»

Вынесли баночку с мыльным раствором на сильный мороз (-220С) и выдули пузырь.

      Сразу же в разных точках поверхности возникли мелкие кристаллики, которые быстро разрослись и  слились. Как только пузырь полностью замерз, в его верхней части, вблизи конца трубки, образовалась  вмятина. Чем сильнее охлаждался воздух внутри пузыря, тем больше становилась вмятина. 
Из  журнала  “Наука и жизнь”, №2,1982 мы узнали, что пузыри на слабом морозе охлаждаются медленно и при этом переохлаждаются. Снежинка является центром кристаллизации. [4]

  Мы провели мастер-класс по выдуванию мыльных пузырей разной формы с учащимися начальных классов, а так же провели соревнование на самый большой мыльный пузырь.

   

  Вывод

  Итак, исследование мыльных пузырей оказалось интересным, красивым и полезным занятием. В ходе эксперимента мы научились делать растворы для мыльных пузырей, а так же убедились на деле, что уменье выдувать большие и красивые пузыри – своего рода искусство, требующее упражнения.

Применение мыльных пузырей

  После проведенных экспериментов возник вопрос: где же в жизни можно это применить? Мы думаем, что материалы нашей исследовательской работы  могут быть использованы в практических целях, они  будут интересны учителям, учащимся, их родителям.

  Её можно использовать в курсе физики при изучении темы «Интерференция света», а так же использовать для  измерения длины световых волн. Знания свойств мыльных пузырей могут применяться в биохимии, так как процесс заморозки биологических мембран происходит так же,  как замораживание мыльного пузыря. Криоконсервация биологических субстанций широко используется в медицине. Для эффективной переработки нефти российские ученые предлагают использовать мицеллы - по сути, мыльные пузыри. Эти и другие исследования ПАВ поддерживаются российскими и международными грантами. Незаменимыми оказываются ПАВ и в химическом синтезе. Физические свойства и методы получения тонких пленок (широчайший спектр применения от производства полупроводниковых микросхем до получения редких сверхчистых веществ); оптические свойства тонких пленок (разнообразные лазерные технологии, распознавание и запись информации посредством лазеров, лазерная локация и системы наведения).

Итак, исследование мыльных пузырей оказалось интересным, красивым и полезным занятием. [6]

Литература

, Физика. М.: Просвещение, 2008 абавна физика. Москва. "Детская литература", 1993. «Занимательная физика», 1, Москва, 1994г. Пузыри на морозе. “Наука и жизнь”, №2,1982. http://www. nevcos. ru/fl. html. Секрет раствора мыльных пузырей. http://afizika. ru/svojstvazhidkostejgazov/103-milniepuziri http:///vip58/puzir. php - Мыльные плёнки и пузыри