Исследовательская работа на тему "Изучение свойств мыльных пузырей"

Титульный лист №1

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ

НАЦИОНАЛЬНАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА

«ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНО-ТВОРЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ РОССИИ»

МЕЖРЕГИОНАЛЬНЫЙ ФЕСТИВАЛЬ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ РАБОТ

«ОТКРЫТИЕ МИРА»

город Нижневартовск

Изучение свойств мыльных пузырей

Основы наук

Автор:	Сухоруков Ярослав Юрьевич 3 класс МБОУ  СШ №2 - многопрофильная имени заслуженного строителя РФ  Е.И. Куропаткина
Руководитель:	Горбенко Т.А. учитель начальных классов МБОУ  СШ №2 - многопрофильная имени заслуженного строителя РФ Е.И. Куропаткина

2018

Титульный лист №2

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ

НАЦИОНАЛЬНАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА

«ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНО-ТВОРЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ РОССИИ»

МЕЖРЕГИОНАЛЬНЫЙ ФЕСТИВАЛЬ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ РАБОТ

«ОТКРЫТИЕ МИРА»

город Нижневартовск

Изучение свойств мыльных пузырей

Основа наук

Шифр ___________________

2018

Оглавление

Введение…………………………………………………………...……….3

Глава I. Теоретическое исследование

1.1.            Что такое «мыльный пузырь»?..........................................................5

1.2.            Происхождение мыльного пузыря…………………………………5

1.3.            Почему мыльные пузыри круглые?...................................................6

1.4.            Как лопаются мыльные пузыри?......................................................6

Глава II. Экспериментальное исследование

2.1.      Результаты опроса детей………………………………..…………7

2.2.      Рецепты раствора для мыльных пузырей………………………..8

2.3.      Опыты с мыльными пузырями……………………………………9

Заключение…………………………………………………………..…. 11

Список литература…………..……………………………………...….. 12

Приложение ……………………………………………………....…..….13

Введение

Телом слабый, но сияньем – сильный,

Точно дух, пузырь явился мыльный.

Новелла Матвеева

Говорят, человеку не надоедает смотреть на три вещи: огонь, воду и звёздное небо. Нужно  четвёртым пунктом добавить мыльные пузыри. Глядя на проплывающие мыльные пузыри, и у детей, и у взрослых захватывает дух. Сколько удовольствия мы получаем, надувая  и наблюдая за переливами всех цветов радуги на их поверхности. Мыльные пузыри популярны во всем мире. Они  являются не только детской забавой, но и объектом для размышлений философов о смысле жизни. Тайны мыльных пузырей интересовали серьёзных учёных. 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 попытался изучить это удивительное природное творение. Раствор для мыльных пузырей можно купить в магазине или приготовить самостоятельно.

Цель работы – исследовать рецепты мыльных пузырей, выявить наиболее эффективные из них; изучить свойства и форму мыльных пузырей.

Задачи:

·                    познакомиться с понятием «мыльный пузырь»;

·                    изучить происхождение мыльных пузырей;

·                    изучить рецепты приготовления мыльных пузырей;

·                    провести исследование жидкостей для надувания мыльных пузырей, получаемых из разных составов и сравнить с магазинной;

·                    провести исследование свойств и  форм  выдувания мыльного пузыря.

Методы исследования:

·                    анализ научной литературы по данной теме;

·                    социологический опрос;

·                    наблюдение за мыльными пузырями из различных растворов.

·                    эксперимент.

Объект исследования: мыльный пузырь

Предмет исследования: форма и состав мыльных пузырей;

Гипотеза:

·                    предположим, что мыльные пузыри образуются из мыльного раствора;

·                    можно изготовить цветные мыльные пузыри;

·                    используя проволочные каркасы различных геометрических фигур, можно выдуть мыльные пузыри некруглой формы;

·                    мыльные пузыри при низкой температуре превращаются в лед.

Глава I. Теоретическое исследование.

1.1.            Что такое «мыльный пузырь»?

В «Толковом словаре русского языка» Ожегова Сергея Ивановича  есть такое определение: наполненный воздухом прозрачный шарик в жидкости, жидкой массе.

Чарльз Бойс определяет мыльный пузырь, как тонкая пленка мыльной воды, которая формирует шар с переливчатой поверхностью.

Пленка пузыря состоит из тонкого слоя воды, заключенного между двумя слоями молекул, чаще всего мыла.

Плёнка мыльного пузыря представляет собой одну из самых тонких вещей, которые доступны невооружённому зрению. «Тонкий, как волос», «тонкий, как папиросная бумага» - означают огромную толщину рядом с толщиной стенки мыльного пузыря, которая в 5000 раз тоньше волоса и папиросной бумаги.

1.2.            Происхождение мыльного пузыря

По  легенде, первым, кому удалось выдуть  мыльный пузырь, был сапожник по имени Пампатус.  В курительную трубку попала мыльная вода, закурив, он увидел, что из трубки вылетел прекрасный прозрачный шар. Шар вылетел в окно и засиял на Солнце.  Так появился первый мыльный пузырь. И этому открытию никак не меньше 5 тысяч лет.

Ещё на картинах фламандских художников 18 века часто встречались изображения детей, выдувающих мыльные пузыри через глиняную соломинку (приложение 1).

 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».

Самый большой пузырь нашего времени надул Канадский мастер мыльных пузырей Фан Янг в сентябре 2012 года установил новый рекорд на самый большой мыльный пузырь в мире, который вместил в себя 181 человека. Гигантский пузырь достиг 50-ти метров в длину и 4-ех метров в высоту.

В современном мире существуют огромное количество рецептов приготовления мыльных пузырей, даже нелопающихся.

 Мыльные пузыри интересовали философов, художников, учёных на протяжении веков, не оставляя равнодушных и в 21 веке.

1.3.            Почему мыльные пузыри круглые?

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.

1.4.            Как лопаются мыльные пузыри?

Над этим вопросом не раз задумывался каждый человек. Ученые подсчитали, что мыльный пузырь лопается за одну тысячную долю секунды. А лопаются они, потому что вода либо испаряется под воздействием воздуха, либо стекает вся в нижнюю часть пузыря, нарушая соединение молекул и натяжение. Этот момент невозможно увидеть обычным человеческим глазом. Для того, чтобы увидеть, как мыльный пузырь лопается необходима камера, которая способна снимать 5000 кадров в секунду.

Фотографу из Великобритании Ричарду Хиксу удалость получить снимки этого процесса (приложение 2).

Помощницей Хикса стала его жена Сара. Именно она выдула и затем лопнула пальцем этот замечательный пузырь. Ричардс в этот момент провел съемку макро-камерой.

Глава II. Практическая часть

2.1.      Результаты опроса детей

В начале своего исследования, я провел опрос среди учеников 3-х классов своей школы, в котором приняли участие 154 человека. Результаты приведены в приложении 3.

Вывод: по результатам опроса видно, что почти все дети любят пускать мыльные пузыри. Некоторые умеют готовить раствор для пузырей сами. Все выдували только круглые пузыри. 17 человек  пробовали заморозить пузырь. И о цветных пузырях никто не знает.

Попробуем приготовить мыльный раствор в домашних условиях и проверить вышеизложенные физические свойства мыльных пузырей.

2.2.      Рецепты раствора для мыльных пузырей

В Интернете, можно найти много рецептов мыльных пузырей, но какой из них лучше, понять очень сложно. Я решил самостоятельно исследовать несколько составов, сравнить их с магазинным и выбрать лучший.

Для данного эксперимента понадобились следующие вещества:

·                    дисцилированная вода;

·                    жидкость для мытья посуды;

·                    детский шампунь;

·                    стиральный порошок;

·                    хозяйственное мыло;

·                    глицерин;

·                    нашатырный спирт;

·                    сахар;

·                    желатин;

·                    трубочка для выдувания.

Рецепты растворов для мыльных пузырей приведены в приложении 4.

В результате тестирования жидкостей  получилось следующее: (приложение 5)

Вывод: исходя из результатов исследований жидкостей было выявлено, что стиральный порошок не подходит для выдувания мыльных пузырей. Остальные же растворы каждый хорош в своем роде. Из средства для мытья посуды получились почти все пузыри из 10 выдутых. Из хозяйственного мыла очень тяжело выдуть пузырь, зато они получаются большие и долгоживущие. Почти все пузыри получились из детского шампуня. Из него можно легко выдуть, как очень большие, так и маленькие шарики, по времени жизни они лишь немного уступают пузырям из хозяйственного мыла. Из раствора для нелопающихся мыльных пузырей получилось выдувать сразу много штук, и маленьких и больших. Они легко выдувались и жили дольше всех.  Магазинная жидкость для мыльных пузырей почти не отличается от пузырей из детского шампуня. Все десять мыльных шариков получились и жили долго.  В итоге, по моему мнению, самая лучшая жидкость для мыльных пузырей получилась из жидкости для мытья посуды с добавлением желатина.

2.3.      Опыты с мыльными пузырями

Опыт №1. Для изготовления в домашних условиях цветных пузырей использовались аптечная зеленка и гуашь. Растворы получились яркого цвета. Но пузыри плохо выдувались и не окрашивались. Попытка сделать цветные пузыри не удалась (приложение 6).

Вывод:  Обычные красители для этой летающей радости не подходят. Краски ни за что не желают оставаться на всей поверхности шара и просто-напросто стекают по стенкам - прямиком к нижней точке сферы. Лопаясь, пузыри оставляют пятна везде: на одежде, руках, волосах, коврах, диванах, шерсти животных,

Опыт №2. Обмакнув форму для выдувания мыльных пузырей в мыльном растворе и попробовав слегка подуть на мыльный пузырь и оставить его в покое, мыльная пленка втягивается и возвращается в исходное положение. 

Вывод: мыльная плёнка обладает эластичностью. Если сквозь мыльную плёнку лить воду, то вода пройдёт сквозь неё, а плёнка останется целой. Это говорит о том, что мыльная плёнка обладает поверхностным натяжением, поэтому даже струя воды не разрушает её (приложение 6.1).

Опыт №3. Для проведения опыта «Мыльные пузыри разной формы» необходимо было сделать из проволоки разные специальные рамки, такие, как: «Треугольник», «Ромб»,  «Квадрат», «Овал», «Звездочка». Даже используя эти рамки, мыльные пузыри выдуваются только  круглой формы (приложение 6.2).

Вывод: силы поверхностного натяжения стремятся придать мыльному пузырю форму шара. Получить мыльный пузырь некруглой формы не удалось.

Опыт №4. Замораживание пузырей.

Чтобы заморозить мыльный пузырь, при надувании необходимо соблюдать несколько условий.
1. Температура воздуха - 20С. 
2. Безветренная погода. От ветра мыльные пузыри лопаются, и удержать их очень сложно.
Прежде чем проследить за свойствами мыльных пузырей на морозе, мыльный раствор был охлажден. Далее в морозный день были выдут пузырь на улице. Он быстро замерз. То же самое происходит, если выдуть мыльный пузырь на тарелку со снегом (приложение 6.3). При выдувании пузырей на сильном морозе -20C°, -25C° они сразу же становились густыми и замерзали.

Вывод: мыльный пузырь это в основе вода,  при температуре ниже нуля и определенном давлении быстро замерзает. При минусовой температуре мыльный пузырь превращается в красивый стеклянный шарик! На морозе мыльные пузыри становятся более эластичными и лопаются гораздо медленнее, чем при обычных условиях.

Заключение

В результате проделанной мною  работы   удалось познакомиться с историй происхождения мыльного пузыря, узнать, что такое поверхностное натяжение,  почему пузырь имеет форму шара. На собственном опыте убедился, что мыльные пузыри обладают эластичностью, и обладают поверхностным натяжением. При более внимательном изучении мыльного раствора с помощью наблюдений и опытов, я узнал о том, какой раствор более  эффективный для выдувания пузырей больших размеров и  продолжительных по времени.

Гипотеза образования мыльных пузырей оказалась верной. В состав мыльных пузырей входит мыло и моющее средство. Но в дополнение к этим главным веществам нужно добавить еще  несколько составляющих, главным из которых является вода, глицерин.

Вода для раствора должна быть мягкой или еще лучше дистиллированная. Тяжелая вода из-за минерального содержания будет причиной хрупких пузырей, которые не будут долго жить.

 Лучшим средством является жидкость для мытья посуды с добавление желатина. Для пузырей долгожителей рекомендуется добавление в получившийся раствор глицерин. Такие мыльные пузыри ни чуть не уступают магазинным.

Цветные мыльные пузыри в домашних условиях изготовить невозможно, они бывают только круглой формы. А вот  гипотеза о том, что мыльные пузыри замерзают при низко температуре подтвердилась.

Получение мыльного раствора для пускания мыльных пузырей в домашних условиях – вполне осуществимое и интересное занятие.

Выдувая мыльные пузыри, поднимается настроение, забываются все проблемы,  действительно хорошо разрабатываются легкие. Все это благотворительно влияет на здоровье.

Список литературы

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

2.      Детская энциклопедия «Всё обо всём»- М.: «РОСМЭН-пресс», 2010 г.

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

4.      Перельман Я.И. " Занимательная физика",Москва, 1967г.

5.      Пузыри на морозе. М., «Наука и жизнь», №2, 1982 г.

6.      Толковый словарь Ожегов С.И. М., «Русский  язык», 1986 г.

7.      Энциклопедический словарь юного физика. Составитель В.А.Чуянов. М., Издательство: Педагогика, 1984 г.

Интернет сайты:

1.      http://www.fancybubbles.ru

2.      http://www.membrana.ru

3.      http://www.kulturologia.ru

4.      http://затей-ка.рф

5.      http://www.infoniac.ru

6.      https://ru.wikipedia.org

Приложение 1.

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

Джон Миллес «Пузыри» (19 век)

Приложение 2

        

Приложение 3

1.                  Вам нравиться пускать мыльные пузыри?

·                    Да - 137 чел.

·                    Нет - 17 чел.

2.                  Можно ли самим приготовить раствор для мыльных пузырей?

·                    Да - 118 чел.

·                    Нет - 36 чел.

3.                  Какой формы мыльные пузыри вы надували?

·                    Круг - 144 чел.

·                    Квадрат - 0 чел.

·                    Овал - 42 чел.

·                    Цилиндр - 8 чел.

·                    Другая - 5 чел.

4.                  Вы пробовали пускать мыльные пузыри при температуре -24 градуса?

·                    Да - 137 чел.

·                    Нет - 17 чел.

5.                  Бывают ли цветные мыльные пузыри?

·                    Да - 58 чел.

·                    Нет - 96 чел.

Приложение 4

Состав №1

На 50 гр. средства для мытья посуды необходимо взять 150 мл. воды и 25 мл. глицерина. Всё хорошенько размешать и ваш раствор готов.

Состав №2

На  150 мл. горячей воды, 75 мл. глицерина, 5 капель нашатырного спирта и 13 г. стирального порошка. Всё хорошенько размешать и  поставить на 12 часов в холод.

Состав №3

100 мл обычного шампуня, 100 мл воды, 2 ч.л. сахара.

Состав №4

2 ст. ложка мыльной стружки растворить в 200 мл. горячей воды. Раствор оставить на несколько часов, после чего добавить 2 чайные ложки сахара.

Состав №5 – называется нелопающиеся мыльные пузыри

10г. настоявшегося в воде желатина смешать с 10 гр. сахара и растопить на плите. Далее добавить 50 мл. моющего средства для посуды, 160 мл. воды и 20 мл. глицерина. Хорошо все перемешать.

Приложение 5

	1. из жидкого моющего средства для мытья посуды	2. из стирального порошка	3. из хозяйственного мыла	4. из детского шампуня	5. нелопающиеся мыльные пузыри	6. готовые мыльные пузыри приобретенные в магазине
время жизни мыльного пузыря	15 с	-	15с	15с	20с	15с
максимальный размер	9см	-	20см	15см	20см	15см
из 10 получилось	8	-	5	9	+10	10
из них маленьких	2	-	1	2	+10	5
из них больших	6	-	4	8	+10	5

Приложение 6.

Приложение 6.1

Приложение 6.2

Приложение 6.3