Исследовательская работа ученика по физике

МБОУ «Средняя общеобразовательная школа №11»

г. Глазов   Удмуртская республика

Исследовательская работа

 «Секреты мыльных пузырей»

                                                                          Выполнил:

                                                                          Пономарёв Сергей, 8 класс

                                                                          Научный руководитель:

                                                                          Лукин А.А.

2014 г.

Цель проекта: изучить теорию мыльных пузырей, придумать и продемонстрировать опыты с мыльными пузырями.

Задачи:

1)Найти различные рецепты приготовления раствора для  мыльных пузырей в литературе и экспериментально определить наиболее качественный из них.

2)Изготовить инструментарий для получения мыльных пузырей.

3)Изучить физические явления, обуславливающие форму, прочность и радужную окраску мыльных пузырей.

Содержание.

1.     Физическая теория мыльного пузыря.

2.     Интерференция света на мыльном пузыре.

3.     Интересные факты из жизни мыльных пузырей.

4.     Приготовление мыльного раствора и опыты с мыльными пузырями.

5.     Вывод.

6.     Литература.

1. Физическая теория мыльного пузыря.

Летят по воздуху переливающиеся всеми цветами радуги прозрачные шары. Что это? Ну, конечно, каждый знает ответ - мыльные пузыри. Эта забава  привлекает как детей, так и взрослых. Она известна с давних времён. Например, при раскопках известного города Помпеи были найдены фрески с изображением детей, выдувающих мыльные пузыри. Не менее популярна эта забава и в наш  век высоких технологий. Что же такое мыльный пузырь?                                                                                       

Мыльный пузырь — тонкая многослойная плёнка мыльной воды, наполненная воздухом, обычно в виде сферы с переливающейся радужной поверхностью. Мыльные пузыри обычно существуют лишь несколько секунд и лопаются при прикосновении или самопроизвольно. 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. Оно 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. 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.

2. Интерференция света на мыльном пузыре.

Горит, как хвост павлиний.

Каких цветов в нем нет!

Лиловый, красный, синий,

Зеленый, желтый цвет.

Взлетает шар надутый,

Прозрачнее стекла.

Внутри его как будто

Сверкают зеркала.

Огнями на просторе

Играет легкий шар,

То в нем синеет море,

То в нем горит пожар.

С. Я. Маршак «Мыльные пузыри»

Удивительно - пленка из бесцветной жидкости, раствора мыла в воде, освещенная белым светом, расцвечивается всеми цветами радуги. Посмотрим, почему это происходит. Окраска мыльных пузырей или тонких пленок бензина на поверхности воды объясняется интерференцией волн, отраженных от наружной и внутренней поверхности пленки.

Интерференцией световых волн называется сложение двух когерентных волн, вследствие которого наблюдается усиление или ослабление результирующих световых колебаний в различных точках пространства. Когерентные волны – волны, имеющие одинаковую частоту и постоянную во времени разность фаз.

Сначала плёнка бесцветная, так как имеет приблизительно равную толщину. Затем раствор постепенно стекает вниз. Из-за разной толщины нижней утолщённой и верхней утончённой плёнки и появляется радужная окраска. Дело в том, что видимый свет – сложный по структуре, содержит в себе волны различной длины, которые в человеческом глазе и вызывают разные цветовые зрительные ощущения. Интерференция этих волн происходит в различных участках мыльного пузыря, т.к. его толщина распределена неравномерно.

Мы выяснили, как появляется окраска мыльных пузырей, но у них  имеются и другие интересные свойства.

3. Интересные факты из жизни мыльных пузырей.

Толщина плёнки мыльного пузыря.

Немногие знают, что плёнка мыльного пузыря представляет собой одну из самых тонких вещей, какие 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.

Свойства мыльных пузырей на морозе.

Пузырь при медленном охлаждении переохлаждается и замерзает примерно при –7°C. Пленка оказывается не хрупкой, какой, казалось бы, должна быть тонкая корочка льда. Если дать возможность мыльному закристаллизовавшемуся пузырю упасть на пол, он не разобьется, не превратится в звенящие осколки, как стеклянный шарик, каким украшают елку. На нем появятся вмятины, отдельные обломки закрутятся в трубочки. Пленка оказывается не хрупкой, она обнаруживает пластичность. Пластичность пленки оказывается следствием малости ее толщины.

При выдувании пузырей на сильном морозе –20°C ,–25°C сразу же в разных точках поверхности возникают мелкие кристаллики, которые быстро разрастаются и, наконец, сливаются в единую картину, по красоте, не уступающей морозным рисункам на окне.

А знаете ли вы, что имя самого удачливого «надувателя» мыльных пузырей из Берна вошло в книгу рекордов Гиннеса: в 1985 году мастер публично выдул пузырь длиной 4,5 м.

4.     Приготовление мыльного раствора и опыты с мыльными пузырями.

    Изучив литературу, я сделал вывод, что секрет приготовления мыльных пузырей с использованием жидких моющих средств, мыла и воды очень прост. Вода должна быть мягкая или, еще лучше, дистиллированная. Тяжёлая вода из-за минерального содержания  будет причиной хрупких пузырей, которые не будут жить долго. Лучшее мыло для пузырей – простое хозяйственное, отечественного производства. Продолжительность жизни пузыря зависит от того, как долго он будет оставаться влажным. Глицерин отлично замедляет время высыхания. Я приготовил раствор для опытов по следующему рецепту:

Взять 20 г хозяйственного мыла, 150 мл дистиллированной воды, 1 чайная ложка сахара. Смешать и добавить к полученной смеси 1 чайную ложку глицерина. 

Мы, конечно же, не волшебники, но смогли проделать несколько интересных опытов с мыльными пузырями.

Опыты с мыльными пузырями:

1.Получение мыльных пузырей и их взаимодействие с электрически заряженной палочкой.

2.Получение мыльного пузыря больших размеров и его демонстрация путём прилипания к стеклянной палочке.

3.Протыкание мыльного пузыря палочкой.

4.Помещение под мыльный пузырь небольшого предмета.

5.Демонстрация полёта мыльных пузырей путём поддувания воздухом снизу.

5. Вывод.

 Исследование мыльных пузырей и их свойств позволяет смоделировать и изучить различные физические явления и процессы, которые используются в науке и технике.  В настоящее время проводят различные шоу мыльных пузырей, которые доставляют эстетическое наслаждение людям. В ходе исследовательской работы  я изучил различную литературу, в том числе научную, узнал много нового о мыльных пузырях, научился приготовлять правильные растворы для выдувания мыльных пузырей и проводить различные опыты с ними.  

Литература

1. Гегузин Я.Е. Пузыри - М.: Наука, 1985.

2.Перельман Я. “Занимательная физика”, Москва, 1987г.

3.Пузыри на морозе. “Наука и жизнь”, №2,1982.

Интернет - ресурсы:

http://www.eskimo.com/~billb/amateur/antibub/antibub1.html

http://demonstrator.narod.ru/experiments/bubble.html

http://www.afizika.ru/skorost

1.    

• 1 слайд

  Исследовательская работа
  «Секреты мыльных пузырей»
  
  Выполнил:
  Пономарёв Сергей, 8 класс
   
  Научный руководитель:
  Лукин А.А.
   
  

• 2 слайд

  Цель проекта: изучить теорию мыльных пузырей, придумать и продемонстрировать опыты с мыльными пузырями.
  
  

• 3 слайд

  
  Задачи:
  1)Найти различные рецепты приготовления раствора для мыльных пузырей в литературе и экспериментально определить наиболее качественный из них.
  2)Изготовить инструментарий для получения мыльных пузырей.
  3)Изучить физические явления, обуславливающие форму, прочность и радужную окраску мыльных пузырей.
  
  

• 4 слайд

  «Мыльный пузырь, пожалуй, самое восхитительное и самое изысканное явление природы»
  Марк Твен
  

• 5 слайд

  Физическая теория мыльного пузыря
  
  

• 6 слайд

  
  Что такое мыльный пузырь?
  
  Мыльный пузырь — тонкая пленка мыльной воды, которая формирует шар с переливчатой поверхностью.
  
  Пленка пузыря состоит из тонкого слоя воды, заключенного между двумя слоями молекул поверхностно активного вещества, чаще всего мыла.
  

• 7 слайд

  Интерференция света на мыльном пузыре
  

• 8 слайд

   
  С. Я. Маршак «Мыльные пузыри»
  
  Горит, как хвост павлиний.
  Каких цветов в нем нет!
  Лиловый, красный, синий,
  Зеленый, желтый цвет.
  Взлетает шар надутый,
  Прозрачнее стекла.
  Внутри его как будто
  Сверкают зеркала.
  Огнями на просторе
  Играет легкий шар,
  То в нем синеет море,
  То в нем горит пожар. 
  
  

• 9 слайд

  Интерференция в тонких плёнках
  Интерференцией световых волн
  называется сложение двух когерентных волн, вследствие которого наблюдается усиление или ослабление результирующих световых колебаний в различных точках пространства.
  
  Когерентные волны – волны, имеющие одинаковую частоту и постоянную во времени разность фаз.
  
  

• 10 слайд

  Интересные факты из жизни мыльных пузырей
  

• 11 слайд

  Толщина плёнки мыльного пузыря
  Мыльный пузырь в 5000 раз тоньше волоса и папиросной бумаги.
  
  

• 12 слайд

  Свойства мыльных пузырей на морозе
  Пузырь при медленном охлаждении переохлаждается и замерзает примерно при –7°C. Пленка оказывается не хрупкой, какой, казалось бы, должна быть тонкая корочка льда. Она обнаруживает пластичность. Пластичность пленки оказывается следствием малости ее толщины.
  

• 13 слайд

  Длина самого большого пузыря 4,5 метра
  

• 14 слайд

  Приготовление мыльного раствора
  Взять 20 г хозяйственного мыла, 150 мл дистиллированной воды, 1 чайная ложка сахара. Смешать и добавить к полученной смеси 1 чайную ложку глицерина. 
  
  

• 15 слайд

  Вот такой удивительный мыльный пузырь!