Цель работы:

Исследовать некоторые физические свойства (характеристики) мыльного пузыря. Узнать, как выдуть огромный мыльный пузырь?

Задачи:

• Проверить растворы мыльных пузырей. Выяснить, с помощью, каких растворов получаются наиболее крупные и прочные мыльные пузыри.
• Научиться получать крупные мыльные пузыри.
• Разработать методику получения мыльных пузырей
• Проанализировать научную литературу по изучаемой теме

Гипотеза:

Чем больше мыла в растворе, тем мыльные пузыри больше и прочнее.

Предмет исследования:

Получение больших прочных пузырей из разных растворов, их поведение в различных условиях.

Методы работы: опытно-экспериментальные.

Оборудование:

1. Сосуды с раствором моющих средств.
2. Сосуд с дистиллированной водой.

Проблема:

Почему я выбрал эту тему?

Каждый из нас в своей жизни пускал мыльные пузыри. Я тоже очень люблю это занятие. И мне стало интересно: Что это такое мыльный пузырь? Как он образуется? Какие пузыри бывают? Какие эксперименты можно делать с мыльными пузырями?

Чтобы найти ответы на эти вопросы я много работал. Я читал энциклопедии, смотрел информацию в интернете. Проводил эксперименты, наблюдая за мыльными пузырями.

Актуальность:

С раннего детства мы знакомы с удивительными свойствами мыльного пузыря. И дети, и взрослые всегда с интересом наблюдают, как мыльный пузырь витает в воздухе, переливаясь всеми цветами радуги!

А еще мыльные пузыри могут быть настоящим искусством, и предметом научных исследований.

Основная часть. Мыльный пузырь и их история

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.

Мыльные пузыри, по-видимому, стали доступны лишь после изобретения «жирового» мыла. Хотя некоторые растительные экстракты (мыльный корень, лакрица) в принципе могли быть пригодны для создания пузырей, сведений о таких «древних» пузырях пока не обнаружено.

Точно установить дату появления мыльных пузырей невозможно. Но древние фрески, найденные при раскопках города Помпеи, свидетельствуют о том, что уже тогда дети забавлялись, выдувая мыльные пузырьки. Эти маленькие летающие шарики всегда тешили воображение детей и взрослых. Многие пытались изучить мыльные пузыри и достигли в этой области немалых успехов. Сегодня, используя законы физики, мы можем ответить на большинство вопросов, связанных с мыльными пузырями, а также познакомится с невероятными трюками с использованием мыльных пузырей.

Рекорд

Нам стало известно, что 37-летний англичанин Сэм Хит выдул самый огромный в мире мыльный пузырь, скорее целую мыльную тучу, которая парила в воздухе в парке Лондона.

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

Однажды Сэм Хит выдул мыльный пузырь, внутри которого находилось 50 человек.[2,3]

Структура стенки мыльного пузыря

Плёнка пузыря состоит из тонкого слоя воды, заключённого между двумя слоями молекул, чаще всего мыла.

Оболочка мыльного пузыря состоит из тонкого слоя воды, который заключен между двумя слоями молекул, обычно мыла. Именно взаимодействие этих слоев обусловливает непрозрачность мыльного пузыря и его устойчивость. В стакане вода имеет только одну свободную поверхность и соответственно, на ней может образовываться только один слой молекул мыла. А свободная пленка имеет две поверхности, а значит, на ней может сформироваться два слоя удлиненных молекул мыла. Вот из такой водной пленки, укрепленной молекулами мыла и состоит мыльный пузырь.

У каждой жидкости есть определенное поверхностное натяжение. Мыло делает поверхностное натяжение воды меньше и за счет этого мыльный пузырь более устойчив, и какое-то время может парить в воздухе.

Поверхностное натяжение и форма

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 еще больше.

Именно за счет поверхностного натяжения получается сферическая форма пузыря. Так как сфера имеет наименьшую площадь поверхности, то силы натяжения и формируют шар. Поверхностное натяжение жидкости – это физическая величина, которая характеризует данную жидкость и равна отношению поверхностной энергии к площади поверхности жидкости.

На молекулы поверхностного слоя жидкости (на ее границе с газом) действуют неуравновешенные силы притяжения к молекулам, расположенным внутри жидкости. Наличие этих сил приводит к поверхностному натяжению.

Опыты показали, что у воды есть удивительное свойство - создавать «плёнку» Дадим научное объяснение этому. Наличие у жидкости свободной поверхности обусловливает существование особых явлений, называемых поверхностными. Они возникают в связи с тем, что молекулы внутри жидкости и молекулы на её поверхности находятся в неодинаковых условиях. На поверхности воды количество молекул меньше, чем внутри. Поэтому « внутренние» молекулы тянут вниз, растягивая поверхность жидкости. В объёме жидкости молекулы притягиваются отовсюду, силы притяжения уравновешены. А на поверхности — натяжение идёт только «снизу». Силы не уравновешены, поверхность тянет сама себя. И в отсутствие внешних сил жидкость должна иметь при заданном объёме наименьшую площадь поверхности и принимает форму шара. Именно с этим и связана сферическая форма мелких капель и пузырьков. 

Замерзание пузырей

Еще одним довольно таки интересным фактом является то, что мыльный пузырь можно заморозить. И при этом он, вопреки ожиданиям, не разобьется, опустившись на землю, а станет эластичным, и если на него слегка надавить, то на нем появятся вмятины – видимые следы деформации. Замерзает мыльный пузырь при температуре около -7 0С. Для того чтоб заморозить мыльное чудо достаточно положить на него снежинку, и прямо у вас на глазах пузырь превратится в ледышку. Для этой цели можно также осторожно опустить пузырь на снег.

Как лопаются мыльные пузыри?

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? Нам кажется, что это мгновенное действие. Вот мыльный пузырь еще есть, а вот он просто испарился в воздухе. Но знаете ли вы, что действие это направленное, а не хаотичное? Ученые подсчитали, что лопается мыльный пузырь за одну тысячную долю секунды, потому для того, чтоб увидеть это чудо им понадобилась камера способная снимать до 5000 кадров в секунду. На замедленной пленке было видно, что как только целостность мыльного пузыря нарушалась, его оболочка постепенно начинала разрушаться с места повреждения и далее по всей окружности. В подтверждение своих опытов ученые предоставили фото и видео, где четко виден процесс лопания мыльного пузыря.

Экспериментальная часть

1.Мыльное исследование № 1:

Использовал обычный способ надувания пузырей, с помощью круглого отверстия небольшого диаметра, используя различные растворы.

Для исследования были взяты 5 рецептов растворов мыльных пузырей.

Рецепт №1

• 1 стакан воды;
• 1 столовая ложка жидкости для мытья посуды.

Смешайте воду и жидкость для мытья посуды в чашке или бутылке. Перемешивать нужно осторожно и тщательно. Опустите в раствор палочку для мыльных пузырей и приступайте к работе!

Рецепт №2

• 4 стакана теплой воды;
• 1/2 чашки сахара;
• 1/2 чашки жидкости для мытья посуды.

Смешайте сахар и теплую воду. Перемешивайте до тех пор, пока сахар полностью не растворится. Добавьте жидкость для мытья посуды и снова перемешайте. Хранить в герметичном контейнере.

Рецепт №3

• 1 стакан теплой воды;
• 2 столовые ложки жидкого мыла или стирального порошка;
• 1 столовая ложка глицерина;
• 1 чайная ложка белого сахара.

Аккуратно перемешайте все ингредиенты вместе и храните в герметичном контейнере. У вас получатся очень крепкие мыльные пузыри!

Рецепт №4. Из хозяйственного мыла

Вам понадобится:

• 5 стаканов воды,
• 0,5 стакан натертого на терке хозяйственного мыла,
• 1 чайных ложки глицерина

Мыло натереть не терке, засыпать в горячую кипяченую воду и размешивать до полного растворения. Если растворение идет тяжело, подогрейте смесь, непрерывно помешивая. До кипения не доводить!

Рецепт №5. Из стирального порошка

Вам понадобится:

• 3 стакана горячей воды
• 2 столовые ложки порошка
• 20 капель нашатырного спирта

Раствор должен настояться 3-4 дня, затем его нужно отфильтровать. Это, конечно, займет время, зато знающие люди уверяют, что пузыри из такого раствора получаются большими и красивыми, как в шоу.

Данный раствор не дал положительных результатов.

Вывод: Рецепты №2 и №4 действительно соответствуют созданию крепких и наиболее больших мыльных пузырей. Но растворы не перенасыщать мыльными компонентами, иначе шоу не получится.

2. Мыльное исследование № 2:

Опыт с пленкой 1:

Получим плёнку на рамке и будем лить через нее воду. После этого мы будем наблюдать прохождение струи воды через мыльную пленку, которая при этом остается целой и невредимой.

Опыт доказывает, что вода обладает поверхностным натяжением, поэтому, даже струя воды не разрушает плёнку.

Опыт с пленкой №2

Очень эффектно смотрится колебание мыльной пленки на горизонтальной рамке. Если покачивать её вверх-вниз, то мыльная пленка вытягивается, демонстрируя свою эластичность.

Вывод: Эти опыты доказывают существование сил поверхностного натяжения.

2. Мыльное исследование № 3:

Замерзание мыльных пузырей.

При температуре -10⁰С не наблюдалось ошеломляющего эффекта.

Другое дело при -20⁰С. Пузыри действительно замерзли и опустились вниз, а следом лопнули.

Заключение. Вывод

Гипотеза не подтвердилась. Для получения крепких и умеренно больших мыльных пузырей достаточно использовать растворы на основе жидкости для мытья посуды, хозяйственного мыла. Но растворы не перенасыщать мыльными компонентами, иначе шоу не получится.

Для сохранения интереса к изучению свойств мыльного пузыря:

- необходимо подготовить разъяснительные мероприятия;

- лабораторные исследования среди школьников.

Несомненно, мыльные красавцы хранят еще много секретов, над которыми придется поломать голову не одному изобретателю, а пока они радуют и взрослых и детей, даря особую радость и веселье.