Реферат по физике мыльные пузыри

Обновлено: 07.07.2024

Актуальность темы . Мыльные пузыри всегда привлекали и завораживали человека, без мыльных пузырей жизнь на нашей планете была бы скучной. Мне всегда нравилось выдувать мыльные пузыри, а потом их ловить – было одним из самых любимых моих занятий. Однажды я увидела шоу, в котором пузыри выдували огромных размеров и проделывали с ними разные фокусы: надували дымом, брали их в руки, делали из них гирлянды, помещали внутрь пузырей различные предметы и даже людей!

Неужели это возможно с обычными мыльными пузырями? А я сумею сделать подобные фокусы? Раньше я пользовалась наборами для выдувания мыльных пузырей, которые были куплены в магазинах, а изготовить, например, самой раствор или провести с ними различные эксперименты я никогда не пробовала. И я решила провести исследование.

Проблема исследования: как изготовить раствор для мыльных пузырей.

Цель исследования: изготовить раствор для мыльных пузырей.

Задачи исследования:

1. Собрать и обобщить материал по проблеме исследования.

2. Выяснить, что такое мыльный пузырь.

3. Изучить историю возникновения мыльных пузырей.

4. Рассмотреть физические и химические свойства мыльных пузырей.

5. Определить состав раствора для мыльных пузырей .

Объект исследования: растворымыльных пузырей.

Предмет исследования: состав растворов мыльных пузырей.

Практическая значимость: материалы проекта могут быть использованы на уроках и внеурочной деятельности по физике, в развлекательных целях.

Методы исследования:

1. Теоретические: изучение и обобщение собранной информации, анализ.

2. Эмпирические: эксперимент.

Гипотеза исследования: в домашних условиях можно приготовить раствор для мыльных пузырей.

Глава I . Теоретическая часть

Что такое мыльный пузырь

Мыльный пузырь – тонкая многослойная плёнка мыльной воды, наполненная воздухом, обычно в виде сферыс переливчатой поверхностью. Плёнка 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 .

Пузырь существует потому, что поверхность любой жидкости (в данном случае воды) имеет некоторое поверхностное натяжение , которое делает поведение поверхности похожим на поведение чего-нибудь эластичного . Однако пузырь, сделанный только из воды, нестабилен и быстро лопается. Для того, чтобы стабилизировать его состояние, в воде растворяют какие-нибудь поверхностно-активные вещества , например, мыло. Распространённое заблуждение состоит в том, что мыло увеличивает поверхностное натяжение воды. На самом деле оно делает как раз обратное: уменьшает поверхностное натяжение примерно до трети от поверхностного натяжения чистой воды. Когда мыльная плёнка растягивается, концентрация мыльных молекул на поверхности уменьшается, увеличивая при этом поверхностное натяжение .

Таким образом, мыло избирательно усиливает слабые участки пузыря, не давая им растягиваться дальше. В дополнение к этому, мыло предохраняет воду от испарения, тем самым делая время жизни пузыря ещё больше.

Сферическая форма пузыря также получается за счёт поверхностного натяжения . Силы натяжения формируют сферу потому, что сфера имеет наименьшую площадь поверхности при данном объёме. Эта форма может быть существенно искажена потоками воздуха и самим процессом надувания пузыря. Однако,если оставить пузырь плавать в спокойном воздухе, его форма очень скоро станет близкой к сферической.

Цвет также зависит от угла, с которым луч света сталкивается с пленкой пузыря. Если бы толщина стенки была везде одинаковой, мы бы все равно наблюдали различные цвета из-за движения пузыря. Но толщина пузыря постоянно меняется из-за гравитации, которая стягивает жидкость в нижнюю часть так, что обычно мы можем наблюдать полосы различного цвета, которые движутся сверху вниз.

Таким образом, мыльный пузырь – это тонкая пленка мыльной воды, которая формирует сферу с переливчатой поверхностью. Когда и где точно появились мыльные пузыри и по сей день остается загадкой.

История возникновения мыльного пузыря

Маленький фирменный флакончик мыльных пузырей позволял надувать огромное количество радужных шаров. К сожалению, мыльные пузыри, сделанные собственноручно из жидкости с шампунем и прочими пенообразующими веществами не получались такими стойкими. В чем секрет? Все очень просто. Нужно в определенной пропорции к очищенной воде добавить шампунь и глицерин. ТимКехоэ потратил десять лет своей жизни на изобретение цветных мыльных пузырей (желтых, синих, красных). Самое интересное, что через некоторое время пузыри из цветных превращаются в прозрачные бесцветные и не оставляют пятен на одежде и предметах. Такие пузыри выпускает компания ZBubbles.

Выдуванием мыльных пузырей занимались еще в древности. Например, при раскопках античных терм в Помпеях под слоями пепла, извергнутого Везувием, археологи обнаружили необычные фрески, которые изображали детей, играющих с мыльными пузырями.Также в Китае найдены старинные папирусы, на них были изображены несколько людей, которые выдували мыльные пузыри из трубочек, сделанных из глины.

В ХIX веке люди приспособились делать мыльные пузыри более просто. После стирки мыльную воду использовали для игр детей.

Таким образом, история мыльных пузырей не закончилась, в ХХI веке – веке технического прогресса надувание мыльных пузырей стало автоматическим. Мыльные пузыри обычно недолговечны, существуют лишь несколько секунд и лопаются при соприкосновении с какой-либо поверхностью или самопроизвольно.

Физические свойства мыльного пузыря

Пузырь существует потому, что поверхность любой жидкости (в данном случае воды) имеет некоторое поверхностное натяжение , которое делает поведение поверхности похожим на поведение эластичной пленки, например, резиновой. Однако, пузырь, сделанный только из воды, нестабилен и быстро лопается. Для того, чтобы стабилизировать его состояние, в воде растворяют какие-нибудь ПАВ (поверхностно-активные вещества), например, мыло. Мыла или ПАВ снижают поверхностное натяжение воды в 2-4 раза. Под действием движения воздуха шарообразная поверхность мыльного пузыря искажается, хотя его объем – сохраняется прежним. Искажение поверхности приводит к росту площади мыльной пленки, она в некоторых местах растягивается. Концентрация молекул ПАВ на поверхности пленки в местах растяжения снижается, а поверхностное натяжение – растет. Возникает движение раствора в пленке, стабилизирующее пузырь – обратная связь, увеличивающая устойчивость мыльного пузыря.

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.

Именно за счет поверхностного натяжения получается сферическая форма пузыря. Эта форма может быть существенно искажена потоками воздуха и самим процессом надувания пузыря. Однако, если оставить пузырь, свободно парить в воздухе, его форма очень скоро станет близкой к сферической.

Когда свет проходит сквозь тонкую плёнку пузыря, часть его отражается от внешней поверхности, в то время как другая часть проникает внутрь плёнки и отражается от внутренней поверхности, наблюдаемый в отражении цвет излучения определяется интерференцией этих двух отражений.

По мере того, как пленка становится тоньше из-за испарения воды, можно наблюдать изменение цвета пузыря. Более толстая пленка убирает из белого света красный компонент, делая тем самым оттенок отраженного света сине-зеленым. Более тонкая пленка убирает желтый (оставляя синий свет), затем зеленый (оставляя пурпурный), и затем синий (оставляя золотисто-желтый).

Эффект интерференции также зависит от угла, с которым луч света сталкивается с пленкой пузыря. И даже если бы толщина стенки была везде одинаковой, мы бы все равно наблюдали различные цвета из-за движения пузыря. Но толщина пузыря постоянно меняется из-за гравитации, которая стягивает жидкость в нижнюю часть так, что обычно мы можем наблюдать полосы различного цвета, двигающиеся сверху вниз.

Некоторые ученые всячески консервировали мыльные пузыри, храня их на протяжении нескольких суток и даже месяцев, но какой бы продолжительной не была жизнь мыльного пузыря, рано или поздно он все равно лопается. Задумывались ли вы над тем, как это происходит? Вначале нижняя часть пузыря будет утолщаться, а центральная верхняя – утончаться. Это отчетливо видно по потокам жидкости, меняющим пятнистую окраску пузыря. В какой-то момент пузырь лопнет. Нам кажется, что это мгновенное действие, но на самом деле мы видим лишь заключительную стадию – пузырь превращается в совокупность капель, расположенных по периметру. Как правило, очаг разрушения оказывается в верхнем, самом тонком месте пленки.

К физическим свойствам относят устойчивость, сферическую форму, интерференцию и разрушение.

Химические свойства мыльных пузырей

Вещества, уменьшающие поверхностное натяжение воды , например, жидкое мыло или жидкость для мытья посуды. Мыло для мыльных пузырей годится не всякое. Самая плохая мыльная вода получается из лучших сортов туалетного мыла. Так что мыло нужно брать хозяйственное. Самое подходящее для пускания пузырей так называемое 72-процентное, светлое. Хорошо и 70-процентное мыло. Чем более чистое мыло (без примесей парфюма или других добавок), тем лучший результат может получиться.

Состав средства для мытья посуды Fairy:

- лауретсульфат натрия (анионное ПАВ); C 12 +2nH 25 +4nNaO 4 +nS

-оксид лаурамина (неионогенное ПАВ ); C 14 H 31 NO

-феноксиэтанол (консервант); C 8 H 10 O 2

Вещества, уплотняющие воду . Наиболее часто используется глицерин (который можно купить в аптеке). Также можно использовать сахар, который лучше растворять в теплой воде. Однако плотность воды может стать слишком большой, поэтому важно соблюдать умеренность.

Глицерин – это бесцветная, вязкая, сиропообразная жидкость, сладкая на вкус. Не ядовит. Глицерин не имеет запаха. Химическая формула C 3 H 8 O 3 .

В настоящее время глицерин получают синтетическим путем из пропилена (C 3 H 6 ), образующегося при крекинге нефти. При этом используют разные пути превращения пропилена в глицерин. Наиболее перспективный способ – окисление пропилена кислородом воздуха в присутствии катализатора и при высокой температуре (kat = Cu, t= 370 0 С).

Вода должна быть мягкой . Вода из-под крана содержит много солей, из-за чего пузыри получаются хрупкими и быстро лопаются. При использовании дистиллированной воды влияние данного эффекта на качество мыльного пузыря значительно ниже. Если нет дистиллированной воды, можно использовать дождевую или талую воду. Либо можно использовать прокипяченную очищенную воду.

Помимо прочего, в воде присутствуют и растворенные органические вещества. К ним относятся: углеводы, органические кислоты, фенолы, альдегиды, спирты, ароматические соединения, эфиры.

В химический состав воды, помимо перечисленных, входят еще и токсичные соединения и вещества – нефтепродукты, тяжелые металлы, СПАВ (синтетические поверхностно-активные вещества), хлорорганические пестициды, фенолы.

При хранении готовых растворов тоже необходимо учитывать следующее обстоятельство: приготовленные растворы лучше хранить в емкостях с крышками, т.к. растворы ПАВ на открытом воздухе постепенно теряют воду, их концентрация растет, и пузыри могут стать неустойчивыми.

Таким образом, готовых рецептов жидкостей для получения устойчивых мыльных пузырей в литературе нет, каждый, кто показывает опыты, имеет свою рецептуру и держит ее в секрете. Хотя основные элементы известны. Можно, конечно купить раствор в магазине, но это неинтересно, лучше сделать самим. Поэтому нам тоже пришлось подбирать мыльный раствор экспериментальным путем.

II . Практическая часть

2.1. Изготовление раствора для мыльного пузыря

Для приготовления раствора мыльных пузырей, надо знать немало хитростей. В состав раствора для выдувания мыльных пузырей должны входить:

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Государственное бюджетное образовательное учреждение

Реферат на тему

Выполнен учащимся 8 класса И.А. Носковым

Учитель физики: М.А. Гостева

ВВЕДЕНИЕ

Выдуйте мыльный пузырь, - смотрите на него:

вы можете заниматься всю жизнь его изучением,

не переставая извлекать из него уроки физики.

Уильям Томсон (лорд Кельвин)

Почему я выбрал эту тему?

Летящие по воздуху, переливающиеся всеми цветами радуги прозрачные шары идеально круглой формой. Что это? Конечно, мыльные пузыри. Каждый из нас пускал их не раз. Эта забава известна с давних времён и привлекает как детей, так и взрослых. Во время раскопок известного города Помпеи археологи обратили своё внимание на изображённых на фресках древних жителей города, надувающих мыльные пузыри. В Китае сохранились старинные изображения на бумаге, где люди через палочки надувают шарики. Не менее популярна эта забава и в наши дни высоких технологий.

На первый взгляд, кажется, что тема не актуальна и не имеет применения в современной жизни. Можно смело возразить, заметив, что, саморазвитие никогда не потеряет своей актуальности, во-вторых - выбранная тема упрощает понимание сложных законов физики. Кроме этого, возможности по применению мыльных пузырей оказались необычайно велики, особенно в индустрии развлечений. Сегодня нередко их используют в своих программах клоуны и аниматоры.

Я тоже не равнодушен к мыльным пузырям. И мне стало интересно: Что такое мыльный пузырь? Как он образуется? Какие пузыри бывают? Какие эксперименты можно проделывать с мыльными пузырями?

Цель исследования: узнать о строении и свойствах мыльных пузырей.

• Проанализировать научную литературу по изучаемой теме.

• Узнать секреты мыльного пузыря.

• Исследовать свойства мыльных пузырей, полученных из разных растворов.

Объект исследования: мыльные пузыри.

• Анализ научной литературы по данному вопросу.

• Наблюдение за мыльными пузырями из различных растворов.

ГЛАВА 1. ИСТОРИЯ МЫЛЬНЫХ ПУЗЫРЕЙ

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.

Точная дата рождения мыльного пузыря и по сей день остаётся загадкой.

Существует несколько версий возникновения мыльных пузырей:

Интересные факты из истории мыльных пузырей

На полотнах художников XII века изображены дети, выдувающие невесомые мыльные шары. Конечно, в те времена специальный раствор не использовался. Мыльные пузыри создавались из воды, остающейся после стирки одежды.

Популярность мыльных пузырей выросла в XIII веке. Этому способствовало использование в рекламе мыла картины известного художника с изображением мальчика, выдувающего мыльные пузыри.

Во второй половине XIX века английская компания в Лондоне начала производство жидкости для получения мыльных пузырей. Это изобретение очень быстро обрело популярность. И уже в начале XX века жидкость для надувания мыльных пузырей можно было купить практически везде по доступной цене.

Тим Кехоэ потратил десять лет своей жизни на изобретение цветных мыльных пузырей (жёлтых, синих, красных). Самое интересное, что через некоторое время пузыри из цветных, превращаются в прозрачные бесцветные и не оставляют пятен на одежде и предметах. Такие пузыри выпускает компания ZBubbles.

Вывод : несмотря на то, что у мыльных пузырей нет официального дня рождения, исторические факты указывают, что люди познакомились с ними ещё со времён древнего Рима.

ГЛАВА 2. ФОРМА МЫЛЬНЫХ ПУЗЫРЕЙ

Все восхищаются мыльными пузырями, особенно - их идеально круглой формой, переливающейся разными красками поверхностью и способностью долго парить в воздухе . Каждому из нас доводилось не только наблюдать эти удивительно красивые творения, но и выдувать их. Так всё же почему мыльный пузырь круглый? Ответ на этот вопрос заключается в том, что силы поверхностного натяжения стремятся придать мыльному пузырю максимально компактную форму.

Каждый день мы ощущаем, такие силы, как тяготение, упругость и трение. Но в окружающем нас мире повседневных явлений действует ещё одна сила, на которую мы не обращаем внимания. Эта сила сравнительно невелика и называется силой поверхностного натяжения. Примером её проявления является удар рукой по поверхности воды: неприятные ощущения и, возможно, покраснение руки.

Попробуем разобраться в возникновении силы поверхностного натяжения.

В пограничном слое - жидкость-газ - молекулы жидкости находятся во взаимодействии с молекулами водяного пара. Среднее значение равнодействующей молекулярных сил притяжения, приложенных к молекуле М1 , которая находится внутри жидкости, близко к нулю.

Случайные флуктуации (отклонения от среднего значения физических величин, характеризующих систему из большого числа частиц) этой равнодействующей заставляют молекулу М1 совершать хаотическое движение внутри жидкости.

Для молекулы М2 в нижней полусфере окажется много молекул, а в верхней – значительно меньше, так как снизу находится жидкость, а сверху – пар или воздух.

Поэтому для молекулы М2 равнодействующая молекулярных сил притяжения в нижней полусфере много больше равнодействующей молекулярных сил в верхней полусфере. Силы, действующие в верхней полусфере так малы, что ими можно пренебречь.

В результате общая равнодействующая сил, действующих на М3 окажется меньше общей равнодействующей М2 .

Обе равнодействующие будут направлены внутрь жидкости перпендикулярно к её поверхности.

Таким образом, все молекулы жидкости, находящиеся в поверхностном слое толщиной, равной радиусу молекулярного действия, втягиваются внутрь жидкости .

Так как, пространство внутри жидкости занято другими молекулами, поверхностный слой создаёт давление на жидкость, которое называют молекулярным давлением .

Поскольку молекулы жидкости, находящиеся в поверхностном слое, втягиваются внутрь неё, то жидкость переходит в состояние, при котором площадь её свободной поверхности имеет наименьшую величину .

Например, капля дождя или тумана в воздухе приобретают форму шара. Водные пузыри в сильный дождь можно увидеть на лужах или наблюдать на кухне при кипении воды (бульон).

Сила поверхностного натяжения характеризуется к оэффициентом поверхностного натяжения – величиной, описывающей зависимость работы молекулярных сил, идущих на изменение площади свободной поверхности жидкости и самой площади изменения этой поверхности.

σ - коэффициент поверхностного натяжения;

А – работа молекулярных сил по изменению площади поверхности жидкости;

ΔS - изменение площади поверхности жидкости.

Таким образом, м олекулярные силы, направленные вдоль поверхности жидкости, действуют на любую замкнутую линию на её поверхности по нормали к этой линии, сокращая площадь поверхности.

Это можно показать на следующем опыте.

На проволочном кольце укрепляется нитка длиной L .

Натяжение нити произошло под действием силы поверхностного натяжения со стороны сокращающейся плёнки, силы, приложенной к нити, которая в данном случае является линией раздела. Сила эта во всех точках перпендикулярна к нити. Эта сила действовала на нить и до разрушения плёнки, но при этом на неё действовали одинаковые с обеих сторон силы. После же прорыва одной части плёнки другая получила возможность уменьшить свою площадь и, как показывает форма натянувшейся нити, площадь эта стала минимальной.

Вывод : оптимальная форма отдельного мыльного пузыря - это сфера, так как сфера имеет наименьшую площадь поверхности при данном объёме. Из-за сил поверхностного натяжения мыльный пузырь всегда стремится минимизировать площадь поверхности. Эта форма может быть существенно искажена потоками воздуха и самим процессом надувания пузыря. Однако, если оставить пузырь плавать в воздухе, его форма очень скоро станет близкой к сферической.

ГЛАВА 3. ЦВЕТ МЫЛЬНЫХ ПУЗЫРЕЙ

В природе часто можно наблюдать радужное окрашивание тонких плёнок (масляные плёнки на воде, мыльные пузыри, оксидные плёнки на металлах), возникающее в результате интерференции световых волн, отражённого двумя поверхностями плёнки.

Данная тема изучается в 12 классе, но т.к. интерференция света является одним из важнейших свойств мыльной плёнки, я решил углубиться в этот материал и включить его в свою работу.

Интерференция присуща волнам любой природы. Интерференцией света называют перераспределение интенсивности света в результате наложения нескольких когерентных световых волн. Это явление сопровождается чередующимися в пространстве максимумами и минимумами интенсивности. В физике когерентностью называется согласованность нескольких колебательных или волновых процессов во времени, проявляющаяся при их сложении. Колебания когерентны, если разность их фаз постоянна во времени и при сложении колебаний получается колебание той же частоты. Когерентность волны означает, что в различных точках волны разность фаз между двумя точками не зависит от времени.

Рассмотрим интерференцию световых волн в тонкой плёнке. Под тонкой плёнкой будем понимать такой прозрачный слой, толщина которого сравнима с длиной световой волны (390-770 нм).

Если в разности хода светового луча укладывается целое число длин волн, то наблюдается максимум интерференции и именно в этих местах на мыльном пузыре появляется яркая цветная интерференционная картина. Так как мыльная вода в пузыре под действием силы тяжести стекает вниз, при этом толщина плёнки изменяется, следовательно, и цветная интерференционная картина тоже перемещается по поверхности мыльного пузыря.

Интерференция, как известно, наблюдается, только если удвоенная толщина плёнки меньше длины падающей волны. Вот почему при плохом освещении или довольно толстой поверхностной плёнки мыльного пузыря интерференция не наблюдается и мыльный пузырь тогда не является цветным.

Вывод : мыльный пузырь кажется нам разноцветным и радужным из-за физического явления - интерференции. Солнечные лучи преломляются и переливаются разными цветами радуги в зависимости от длины световых волн, угла преломления (шар постоянно движется) и толщины стенок пузыря.

Вот мыльный пузырь ещё есть, а вот он просто испарился в воздухе. Почему это происходит? Каждый из нас задумывался над этим вопросом.

Учёные подсчитали, что лопается мыльный пузырь за одну тысячную долю секунды, для фиксации этого процесса понадобилась камера способная снимать до 5000 кадров в секунду.

Ричард Хикс, фотограф из Великобритании, смог запечатлеть этот процесс. Его помощницей стала жена: она выдула, а затем лопнула пузырь, прикоснувшись рукой.

На замедленной съёмке видно: как только целостность мыльного пузыря нарушилась, его оболочка постепенно начала разрушаться по всей длине окружности.

Обычные представления о недолговечности мыльных пузырей не вполне оправданы. Оказывается, при надлежащем обращении удаётся сохранить мыльный пузырь в продолжение нескольких месяцев. Миф о скоротечности жизни мыльного пузыря, впервые опроверг английский исследователь Джеймс Дьюар (1842-1923). Он проводил опыты по консервации мыльного пузыря. Хранил мыльные пузыри в особых бутылках, хорошо защищённых от пыли, высыхания и сотрясения воздуха. В изобретённом им сосуде с двойными стенками Дьюар сохранял некоторые пузыри месяц и более. Его изобретение легло в основу колб для термосов, ёмкостей для перевозки жидких газов и других полезных приспособлений.

Лоренсу в Америке удавалось годами сохранять мыльные пузыри под стеклянным колпаком.

Также, м ыльный пузырь можно заморозить. П ри этом он, не разобьётся, опустившись на землю, а станет эластичным. Если на него слегка надавить, то он начнёт деформироваться - появятся вмятины. Температура замерзания мыльного пузыря около -7 0 С. Для этого необходимо положить на него снежинку или осторожно опустить пузырь на снег, и он превратится в ледяную сферу. При температуре −15 0 C мыльное чудо замёрзнет при соприкосновении с поверхностью. Воздух, внутри пузыря, будет постепенно проникать наружу и пузырь разрушится под действием собственного веса.

При температуре −25 °C пузыри замерзают в воздухе и могут разбиться при ударе о землю. При надувании пузыря тёплым воздухом он замёрзнет в сферической форме. При дальнейшем охлаждении воздуха его объём будет уменьшаться и, пузырь может частично разрушиться, его форма будет искажена. Пузыри, надутые при низких температурах, всегда небольшие, так как быстро замерзают, при дальнейшем надувании они лопнут.

ГЛАВА 5 . МАТЕМАТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЫЛЬНЫХ ПУЗЫРЕЙ

Изучение свойств и условий существования мыльного пузыря получило своё продолжение в решении проблемы минимальной поверхности, сложной математической задачи. Эта задача была названа теорией двойного пузыря. С 1884 г известно, что мыльный пузырь имеет минимальную площадь поверхности при заданном объёме, но только в 2000 г было доказано, что два объединённых пузыря также имеют минимальную площадь поверхности при заданном объединённом объёме. Решение этой задачи было названо теоремой двойного пузыря.

Когда два пузыря соединяются, их общая стенка выпячивается внутрь большого пузыря, так как в маленьком пузыре давление больше. При шарообразной форме воздух внутри пузыря, согласно закону Паскаля, равномерно давит на все участки его внутренней стенки. Давление в пузыре оказывается больше атмосферного. Избыточное давление обусловлено тем, что мыльная плёнка, стремясь ещё больше уменьшить свою поверхность, сдавливает воздух внутри пузыря. Причём, чем меньше его радиус, тем большим оказывается избыточное давление внутри пузыря. Если пузыри одинакового размера, их стенка будет плоской, они принимают форму с наименьшей возможной площадью поверхности.

Правила, которым подчиняются пузыри при соединении, были экспериментально установлены в XIX веке бельгийским физиком Жозефом Плато (1881-1883) и доказаны математически в 1976 г. Жаном Тейлором.

Мыльные плёнки представляют собой кусочно-гладкие поверхности, средняя кривизна которых постоянна на каждом гладком участке.

Если пузырей больше чем три, они располагаются следующим образом: возле одного края соединяются только три стенки, при этом углы между ними будут равны 120°, в силу равенства поверхностного натяжения для каждой соприкасающейся поверхности.

Пузыри, не подчиняющиеся этим правилам, в принципе могут образовываться, однако будут сильно неустойчивыми и быстро примут правильную форму или разрушатся.

Если соединить много одинаковых пузырей, они соединят свои стенки в форме шестиугольников, напоминающих пчелиные соты. Пузыри, соединяясь, стремятся уменьшить площадь своей поверхности.

Пчёлы, которые стремятся уменьшить расход воска, соединяют соты в ульях также под углом 120°, формируя, тем самым, правильные шестиугольники, чтобы использовать минимальное количество воска для хранения максимального количества мёда.

Вывод : мыльные пузыри играют роль математических моделей. Кроме этого, множество соединённых вместе мыльных пузырей напоминает пчелиные соты, что говорит об однородности природы.

ГЛАВА 6. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЫЛЬНЫХ ПУЗЫРЕЙ

Люди давно заметили свойство мыльной пены - собирать грязь с других предметов. Именно крошечные мыльные пузыри в мыльной пене и выполняют основную работу мыла, стиральных порошков и других моющих средств, отмывая грязные руки и отстирывая бельё и одежду.

6.2 На производстве

Вывод : Таким образом, обильная мыльная пена находит применение в быту и на производстве.

ГЛАВА 7. ИЗГОТОВЛЕНИЕ МЫЛЬНЫХ ПУЗЫРЕЙ

Мыльные пузыри больше всего любят дети. Это погружает их в мир грёз, они всматриваются ввысь, наблюдая как они парят всё выше и выше в небе.

Известно, что пузырь, сделанный только из воды, нестабилен и быстро лопается. Для устойчивости его состояния необходимо использовать жидкость с небольшим коэффициентом поверхностного натяжения.

Коэффициент поверхностного натяжения зависит от рода жидкости. В таблице представлены некоторые значения σ для различных веществ. Коэффициенты поверхностного натяжения некоторых жидкостей:

Поверхностное натяжение, Н/м 2

Раствор мыла в воде

Анализ таблицы показывает, что коэффициент поверхностного натяжения мыльного раствора примерно в два раза меньше коэффициента поверхностного натяжения чистой воды, так как в мыле содержатся поверхностно-активные вещества (ПАВ). Основной количественной характеристикой ПАВ является поверхностная активность - способность вещества снижать поверхностное натяжение на границе раздела фаз.

Это можно подтвердить на опыте.

Кораблик, изготовленный из пластика, неподвижен в стоячей воде. Для изменения его состояния достаточно добавить в воду каплю мыльного раствора. Кораблик начинает быстро набирать скорость. Чем выше поверхностная активность водных растворов мыла (ПАВ), тем больше они понижают натяжение в поверхностном слое.

Составы мыльных пузырей:

Состав №1 : 100 гр. любого средства для мытья посуды (концентрат CLEAN HOME – гель для мытья посуды), 300 мл воды, 50 мл глицерина.

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

Состав №3 : 50 мл обычного геля для душа, 50 мл воды, 1/2 чайной ложки сахара.

Состав №4 : 4 столовых ложки стружки из хозяйственного мыла, 400 г горячей воды (лучше сделать это на огне). Дать постоять, добавить 2 чайной ложки сахара.

Состав №5: 40 мл яичного шампуня (органический шампунь), 60 мл дистиллированной воды, 2 чайных ложки сахара, 1 капля красителя из фломастера.

Состав №6: смесь из составов 1-5.

Состав №7: готовый мыльный раствор.

Экспериментальная часть

Этап 1. Подготовительный

Для исследования растворов понадобились следующие вещества и оборудование:

Мыло или мыло содержащий раствор

уменьшает поверхностное натяжение воды

Стаканчики
Всевозможные мерные ёмкости
Трубочка для выдувания

Проточная вода содержит ионы кальция

ионы кальция связывают мыло

ионы кальция не связывают мыло

Этап 2. Приготовление 7 мыльных растворов

Составы рецептов мыльных пузырей полностью соблюдены, но предварительно уменьшены их пропорции, согласно ёмкости посуды 100 мл.

Этап 3. Тестирование составов мыльных пузырей
Таблица тестирования составов мыльных пузырей

Цель работы: Изучить свойства мыльных пузырей и их особенности, связанные с предметами их изготовления и условиями окружающей среды.

Изучить историю мыльных пузырей;

2. Описать структуру мыльного пузыря;

3. Изучить физические свойства;

4. Провести мастер-класс с исследованием;

5. Провести анкетирование

Физика в мыльных пузырях

Работу выполнили:

Крывчак Ксения

и Овчинникова Ирина

Руководитель: учитель физики Кутепова Т.В.

Мыльный пузырь, пожалуй, самое восхитительное и самое изысканное явление природы.

Марк Твен

Вильям Томсон ( лорд Кельвин)

предполагаем, что свойства мыльных пузырей зависят от рецептов их изготовления.

1. Изучить историю мыльных пузырей;

2. Описать структуру мыльного пузыря;

3. Изучить физические свойства;

4. Провести мастер-класс с исследованием;

5. Провести анкетирование

Происхождение мыльного пузыря

ПОМПЕИ. Город-музей под открытым небом.

Ж.Б.С.Шарден Мыльные пузыри. Ок. 1739 г.

Нидерландская картина первой четверти 16-го века из Национальной галереи в Лондоне, на ней изображена Мадонна с младенцем, который выдувает мыльные пузыри.

Купидон, пускающий мыльные пузыри.

Рембрандт Харменс ван Рейн (1606—1669),

голландская школа

Мальчик, пускающий мыльные пузыри. Франс ван Мирис (1635 - 1681), 1663 год, голландская школа

Аристократическая девочка выдувает мыльные пузыри, а спаниель наблюдает за ней. Это работа француза Пьера Миньяра.

Франко-швейцарский художник Жан Этьен Лиотар знаменит своей картиной "Шоколадница" из Дрезденской галереи.

Что же такое мыльный пузырь?

Мыльный пузырь — тонкая многослойная плёнка мыльной воды, наполненная воздухом, обычно в виде сферы с переливчатой поверхностью.

Почему же пузырь имеет форму шара и такую необычную оптику?

Сферическая форма пузыря получается за счёт поверхностного натяжения. Силы натяжения формируют сферу.

Как лопается мыльный пузырь?

Мыльный пузырь переливается всеми цветами радуги, потому что в капельках воды происходит преломление белого луча света на разноцветные

А знаете ли вы что происходит с мыльными пузырями на морозе?

-15•С мыльный пузырь постепенно превращается в пленку.

При температуре −25 °C пузыри замерзают в воздухе и могут разбиться при ударе о землю.

А из чего можно сделать мыльные пузыри?

Рецепт №2: мыльные пузыри из жидкости для мытья посуды

Вам понадобится:

1/2 стакана жидкости для мытья посуды
2 стакана воды
2 чайные ложки сахара

Рецепт № 1: особо прочные мыльные пузыри для экспериментаторов

Вам понадобится:

Мастер-класс.

Теперь мы можем и Вас научить!

Воздух из мыльного пузыря задувает свечу

Пузырь, в некоторый момент, отрывается от трубочки и резко устремляется по направлению источника электростатического поля - к наэлектризованной палочке

Мыльный пузырь тянется к наэлектризованной эбонитовой палочке

Наблюдение интерференции мыльного пузыря через графопроектор

Интерференция в мыльных пленках

Образовавшийся углекислый газ (СО2), от смешения уксусной кислоты и пищевой соды, тяжелее воздуха. В аквариуме газ опускается на дно. Мыльные пузыри, наполненные воздухом, ложатся на поверхность газа. Так как ни воздух, ни углекислый газ мы не видим, создается впечатления, что пузыри зависают в воздухе.

Результаты анкетирования.

В анкетировании принимали участие 50 человек из 7- х классов

В ходе своего исследования мы выяснили, что свойства мыльных пузырей зависят от инструментов для выдувания, рецептов изготовления растворов и от окружающей среды.

Мыльные пузыри – не только забава, любимая детьми и взрослыми, но и объект для изучения.

Участник: Красноруцкий Василий Евгеньевич
Руководитель: Зотова Татьяна Владимировна

У меня есть маленькая сестрёнка, которая любит всех удивлять. Каждый день я поражаюсь ею. И, конечно, я решил сделать для нее сюрприз!

Мыльный пузырь - 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.

Из истории. В 1997 г. – Фэн Янг соорудил самую большую в мире стену из мыльных пузырей высотой около 48 м и площадью 370 м 2 . Так, в 2007 г. он тоже попал в Книгу рекордов, надув пузырь высотой 1,5 м и шириной 3,3 м, в котором свободно разместились 50 человек.

В мыльном пузыре присутствуют 3 важных элемента:

Остановлюсь на каждой теме и попытаюсь ее раскрыть.

Вещества, уменьшающие поверхностное натяжение воды, например жидкое мыло или детский шампунь. Чем более чистое мыло (без примесей парфюма или других добавок), тем лучший результат может получиться.
Вещества, уплотняющие воду. Наиболее часто используется глицерин (который можно купить в аптеке). Также можно использовать сахар, который лучше растворять в тёплой воде. Однако плотность воды может стать слишком большой, поэтому важно соблюдать умеренность.
Дистиллированная вода. Вода из-под крана содержит ионы кальция, которые связывают мыло. При использовании дистиллированной воды влияние данного эффекта на качество мыльного пузыря значительно ниже.

Это основные компоненты для создания мыльного раствора. В видеоролике будет предложено 3 раствора для мыльного пузыря.

Далее я узнал для чего мне надо знать закон Паскаля. Сейчас я смело могу сказать своей младшей сестре, что мыльный пузырь имеет форму шара, так как давление внутри жидкости или газа во всех направлениях одинаково.

И действительно, почему пузырь имеет форму шара?

Пользуясь источниками интернета, я нашёл ответ на этот вопрос - в мыльном пузыре присутствует тёплый воздух и поэтому мыльный пузырь летает, ведь тёплый воздух легче воздуха. По закону Паскаля можно утверждать, что воздух, внутри мыльного пузыря, будет передаваться во всех направлениях и поэтому пузырь имеет форму шара.

Как же выдуваются мыльные пузыри? Почему некоторые пузыри поднимаются, а потом опускаются?

Для того чтобы выдуть мыльный пузырь необходим хороший мыльный раствор. Мы надуваем мыльный пузырь тёплым воздухом изо рта. Этим воздухом мы создаём силу выталкивания, по которой воздух выталкивает плёнку в трубочке и получается пузырь формы шара. Он поднимается, ведь, как я уже говорил, тёплый воздух легче холодного. Остывая, он опускается, ведь остывший воздух тяжелее тёплого. Здесь всё стало ясно!

Я задался вопросом: Почему мыльные пузыри на солнце переливаются?

Оказалось, что это можно объяснить тоже при помощи физики. Но пока это явление смог узнать информацию от учителя, так как данная тема будет рассматриваться в 8 классе.

Оказалось, что калейдоскоп цветов, которыми переливаются мыльные пузыри, вызывается сложной структурой света и тем, как он отражается от поверхности пузырей. Белый свет состоит из множества цветов, каждый из которых характеризуется собственной длиной волны. Вот так и переливаются мыльные пузыри.

Я надеюсь, что мой проект вам понравится.

При выполнении практических опытов, я помнил о правилах техники безопасности. Я учитывал, что работать с мыльным раствором надо аккуратно, чтобы он не попадал в глаза. Также, размешивая раствор в стеклянной посуде, я работал с ней осторожно.

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

Антрацитовская общеобразовательная школа №13

Исследовательская работа по физике:

Как получаются мыльные пузыри?

ученицы 7 класса

Из истории мыльных пузырей

Почему мыльный пузырь круглый

Растворы для мыльных пузырей

Чудеса мыльной пленки

Телом слабый, но сияньем – сильный,

Точно дух, пузырь явился мыльный.

Из истории мыльных пузырей

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.

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.

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.

Из источников мы узнали секреты производства мыльных пузырей:

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.

Результаты исследований

1. Зависимость размеров мыльных пузырей от раствора:

Мыльные пузыри выдуваются хорошо с помощью соломинок для коктейля. Максимальный диаметр на столе 25 см.

Раствор имеет неприятный запах. Мыльные пузыри маленьких размеров быстро лопаются.

Мыльные пузыри могут достигать 20 см в диаметре, долго не лопаются

Мыльные пузыри выдувались через соломинки маленькие, а с помощью колец из проволоки можно добиться длинных пузырей (тоннелей).

Мыльные пузыри через соломинку для коктейлей до 15 см.

Читайте также: