Проект по окружающему миру "Мыльный пузырь"

ВВЕДЕНИЕ

Мыльный пузырь Оторвался от трубки, Вот он поплыл, Наподобие шлюпки, Влево, налево, левее... потом Через балкон- И пропал за углом. Я запустил Этот шарик недаром- Вырастет он, Станет радужным шаром. Я прикреплю к нему Снизу гондолу И полечу Потихонечку в школу. Роман Сэф

В прошлом году мы с мамой и братом ходили в Экспериментариум на Шоу мыльных пузырей (Приложение 1, фото 1, 2). Было очень интересно и весело. А когда мы пришли домой, я захотела сделать сама яркие, переливающиеся всеми цветами радуги, радующие глаз и поднимающие настроение мыльные пузыри.

Моей мечтой стало сделать огромный мыльный пузырь, как тот, что я видела в музее! Но так, как в Экспериментариуме – не получалось. Мои мечты «лопнули, как мыльный пузырь»! Брат сказал мне, что так говорят, когда что‑либо терпит крах, неудачу. Я столкнулась с противоречием: чем больше по размеру пузырь, тем сложнее его получить и тем меньше время его жизни. Как же это удавалось на шоу в музее Экспериментариуме?

В сети Интернет мы прочитали, об Алане Маккее из Новой Зеландии. Он попал в Книгу рекордов Гиннеса за то, что в августе 1996 года выдул мыльный пузырь длиной 32 м, используя для этого всего лишь стандартный водный раствор мыла с глицерином, соломинку и силу собственных легких. Годом позже канадец Фэн Янг пошел еще дальше, сумев соорудить самую большую в мире стену из мыльных пузырей высотой около 48 м и общей площадью 370 кв. м!

Оказывается, изучение мыльных пузырей помогало ученым делать открытия в разных областях. Например, в 1781 году итальянский ученый Кавелло разработал принцип аэростата, проводя опыты с мыльными пузырями, которые были наполнены водородом!

В России, используя принцип аэростата, крупный дирижабль Аи-30 используется для проведения климатических исследований на Северном Полюсе. Этот дирижабль также используется для проведения аэрофотосъемок, мониторинга линий электропередачи, нефте- и газопроводов.

Также пузырьки, только водные, используют в горной промышленности. С их помощью проводят флотацию – обогащение горных руд. Так, пузырьки в растворе обволакивают частички руды и поднимают ее на поверхность, а пустая порода остается на дне[7].

Архитекторы часто используют идеальную форму поверхности мыльного пузыря для создания своих сооружений. Мыльные плёнки очень часто образуют поверхности самой причудливой формы и при этом с наименьшей площадью. Поэтому моделирование на мыльных плёнках можно использовать на первой стадии проектирования конструкций сложных форм. Такие композиции отличают оригинальность формы, лёгкость, вызывающая у зрителя ощущение невесомости.

Мыльные пузыри подарили человечеству и новую методику обучения детей родному языку. Психолог Кэти Олкок из Ланкастерского университета (Великобритания) выяснила, что детские губы, складываясь в трубочку при выдувании мыльного пузыря, приобретают необходимые навыки для развития речи!

Когда я все это узнала, то твёрдо решила раскрыть секрет раствора для мыльных пузырей.

Моя работа может быть полезна всем детям, которые, как и я, в домашних условиях составляют растворы для мыльных пузырей. Устойчивые мыльные пузыри можно применять при изучении интерференции света в старших классах. Моя работа полезна всем, кто интересуется физикой и свойствами жидкостей.

Гипотеза: от состава жидкости для мыльных пузырей будет зависеть их размер и крепость (устойчивость).

Цель работы: создать прочные крупные мыльные пузыри в домашних условиях.

Задачи:

1.     Узнать, что такое мыльный пузырь.

2.     Найти различные рецепты приготовления мыльных пузырей в литературе.

3.     Провести эксперименты, позволяющие выяснить качество приготовленного раствора для надувания мыльных пузырей.

4.     Узнать о свойствах мыльных пузырей

Объектом моего исследования являются разные растворы для приготовления мыльных пузырей. Предмет исследования – сам мыльный пузырь.

Материалы

·        Вода дистиллированная

·        Средство для мытья посуды

·        Мыло детское

·        Пена для ванны

·        Шампунь

·        Глицерин

·        Желатин

·        Сахарный песок

Методы исследования:

·Беседа с экскурсоводами научного шоу в Экспериментаниуме, а также участие в опытах и экспериментах, проводимых на данном шоу;

·Изучение литературы по данной теме (энциклопедии, публикации); Обработка информации из интернета;

Практические:

·        Приготовление в домашних условиях различных растворов для получения мыльных пузырей;

·        Эксперименты;

Наглядные:

·        Наблюдение;

·        Сравнение и анализ полученных данных;

Этапы исследования

Что такое «мыльный пузырь»?

Мне необходимо было узнать, что же такое «мыльный пузырь». Для этого мы открыли словари.

Вот такие определения мы нашли в интернете:

Пузырь – наполненная каким-либо газом область (обычно округлой формы), ограниченная стенками из какой-либо жидкости. Также слово используется в переносном смысле [8].

В толковом словаре Даля дано такое определение:

Пузырь - м. пузырик, пузырек, -речек, пузыришка, пузырища, перепончатый, животный или растительный мешок, для каких-либо соков, бол. мочевой пузырь. [5].

Мыльный пузырь - тонкая плёнка мыльной воды, которая формирует шар с переливчатой поверхностью.

1. О чём-л. неустойчивом, эфемерном, легко разрушающемся.

2. О человеке, производящем самое положительное впечатление и оказывающемся ничтожным, незначительным. [4].

В музее тоже было дано объяснение, что такое мыльный пузырь. (Приложение 1, фото 3).

Обычные пузыри я видела во время дождя в лужах, на море. (Приложение 1, фото 4). Я даже сама могу их получать в стакане с водой, если окунуть туда трубочку и подуть! Но эти пузыри недолговечны, они лопаются почти мгновенно. А вот где и когда появились мыльные пузыри – неизвестно. Но то, что мыльные пузыри радовали детей и взрослых с давних времен, я убедилась, увидев картины 17, 18, 19 и 20 веков! (Приложение 2, рис. 2-6).

Рецепты приготовления мыльных пузырей

Мы решили создать свой раствор для приготовления мыльных пузырей. Я думала, что это очень легко: добавил в воду мыла или жидкость для мытья посуды, и раствор готов!

Я взяла мыло и воду и приготовила раствор 1. Затем я взяла соломинку и окунула ее в мой раствор. Ничего не получилось. Раствор пены для ванны и воды показал лучший результат, но пузыри были мелкие и практически сразу же лопались. Тогда мы стали искать готовые рецепты растворов в интернете, опрашивать друзей, знакомых. Я приготовила даже раствор с зубной пастой и духами! Мы пригласили в гости друзей и опробовали разные рецепты (Приложение 3, фото 5-6). Мы смешивали разные ингредиенты и записывали результаты в табличку. В итоге я приготовила пять разных растворов для получения мыльных пузырей.

Вот их рецепты:

1.                     Рецепт 1 (вода – 1 стакан, мыло детское – 1 шт.).

2.                     Рецепт 2 (вода – 1 стакан, пена для ванны – ½ стакана).

3.                     Рецепт 3 (вода – 1 стакан, жидкость для мытья посуды – 300 мл, глицерин 150 мл).

4.                     Рецепт 4 (вода – 1 стакан, глицерин 60 мл, жидкость для мытья посуды – 60 мл, желатин – 10 г, сахар 25 г).

5.                     Рецепт 5 (вода – 1 стакан, жидкость для мытья посуды – 50 мл, глицерин – 50 мл, шампунь 25 мл).

Проверка качества растворов для надувания мыльных пузырей

После изготовления 5 видов растворов, мы приступили к испытаниям.

Испытание 1. Выдуть максимально большой пузырь.

В этом опыте мы выдували каждый вид пузырей 5 раз, при этом замерялась каждая попытка, наилучший результат я записала в итоговую таблицу.

Номер раствора	1	2	3	4	5
Размер мыльного пузыря (диаметр), см	5	10	20	25	10

Вывод: самый большой пузырь получился из раствора №4

Испытание 2. Продолжительность жизни мыльного пузыря.

В этом опыте из каждого состава одновременно было надуто по одному пузырю. Мне помогали брат, мама, и двое друзей. Я засекла время жизни каждого пузыря до того момента, как он лопнет. Результаты я записала в таблицу.

Номер раствора	1	2	3	4	5
Время	5 сек	15 сек	6 мин 30 сек	7 мин	4 мин 16 сек

Вывод: Самым долговечным оказался пузырь, полученный из раствора 4.

Свойства мыльных пузырей

Следующие опыты я проводила с раствором, который продемонстрировал самые лучшие показатели по результатам этих двух испытаний. Это раствор № 4 (Приложение 3, фото 7- 11).

Опыт 1. Используя рамки разной формы, попробовать выдуть пузыри разной формы.

В этом опыте я брала рамки разной формы: круглую, квадратную и звёздочку. Я медленно выдувала мыльные пузыри, результаты записала в таблицу. (Приложение 3, фото 12- 15)

Форма рамки	круглая	квадратная	звёздочка
Форма пузыря на момент выдувания	полусфера	овальная	овальная
Форма пузыря, когда он отделился от рамки	сферическая	сферическая	сферическая

Вывод: независимо от того, через какую фигуру выдували пузырь, он принимал форму шара!

Я задумалась, почему все мыльные пузыри в результате становятся круглыми? Мой брат рассказал мне про поверхностное натяжение воды. Мы провели несколько опытов из его научных энциклопедий [2, 3].

Опыт 2. Мы налили воду в стакан до его краев. Затем начали бросать в стакан монетки. Вода не проливалась через край стакана, она приподнялась над краем! Воду как будто что-то держало! (Приложение 3, фото 16-17).

Вывод: у жидкости есть плёнка, которая не дает ей разбежаться в разные стороны.

Опыт 3. В стакан с водой мы аккуратно положили скрепку. [1].Тяжелая скрепка не утонула, а плавала на поверхности! Скрепка лежит на поверхности воды будто бы на невидимой плёнке. Но если добавить в стакан каплю жидкости для мытья посуды – скрепка тонет!

Выводы:

1. У жидкости есть пленка, способная удерживать даже тяжелые предметы;

2. Мыльный раствор сокращает натяжение на поверхности воды.

Из энциклопедии я узнала, что форму шара пузырь в воздухе (и капелька воды) принимает потому, что стремится занять как можно меньше поверхности. Мама предложила мне провести математические подсчеты, чтобы в этом убедиться.

Опыт 4. Сравниваем границы одинаковых по площади круга и квадрата.

На бумаге в клеточку мы нарисовали круг радиуса 2 см, а рядом – квадрат с длиной стороны 3,5 см. Потом мы подсчитали количество клеточек внутри круга и квадрата (Приложение 3, фото 18). Оно оказалось одинаковым (то есть площади этих фигур равны). Для этого мы просто вслух считали клеточки, закрашивая их карандашом. С квадратом это было сделать легко. А вот с кругом пришлось потрудиться: сначала мы считали только целые клеточки, а потом из оставшихся "половинок" собирали еще клеточки и суммировали все их. Всего получилось 49 (и в квадрате, и в круге)!

Дальше мы сравнили длину их границ. Для этого взяли нитки и проложили их вдоль границы. А потом сравнили и измеряли линейкой. Оказалось, что у круга длина границы меньше, чем у квадрата.

Вывод: круг имеет поверхность соприкосновения с внешней средой меньше, чем квадрат (и треугольник).

То же правило распространяется и на объемные фигуры. Шар будет иметь меньшую поверхность соприкосновения с окружающей средой, чем куб или пирамида. Поэтому такая форма для природы энергетически выгоднее: тратится меньше сил на ее поддержание, все точки поверхности равноудалены от центра и доступ к ним легче!

Опыт 5. Несколько человек из нашего класса взялись за руки. (Приложение 3, фото 19). Мы представили, что мы – пузырь, который начинает раздуваться. Мы растягивали «пузырь» в разные стороны, имитируя силу, с которой воздух внутри пузыря давит на его стенки. Получился круг!

Вывод: Даже детям легче держаться за руки на равном удалении от центра!

Я поняла, почему даже из рамки – звездочки выдувается круглый пузырь!

Опыт 6. Влияние холода на пузыри.

Когда мы изучали свойства мыльных пузырей, мы решили провести эксперименты на улице, но было холодно, и из нашего 4-го стойкого раствора большой пузырь не получился! (Приложение 3, фото 20)

Когда мы выдули маленькие пузыри, они стали замерзать! (Приложение 3, фото 21-23). Тогда мы провели несколько опытов при разной температуре. Оказалось, что наши пузыри замерзают только при температуре ниже минус 15 градусов Цельсия.

Вывод: так как пузырь в основном состоит из воды и мыльной пленки, он замерзает на холоде! Кроме того, холод меняет поверхностное натяжение пузыря и при разных температурах выдуть одинаковые пузыри не получается.

Однажды, при ярком свете, я заметила, что пузыри переливаются всеми цветами радуги. (Приложение 3, фото 24-25). Притом я знала, что никакой краски в раствор не добавляется. Мне стало интересно, а как это происходит?

Опыт 7. С помощью направленного света фонарика мы изучали изменение цвета мыльного пузыря. [6]. (Приложение 3, фото 26-28). На краях пузыря образовывались разноцветные радужные полосы.

Вывод. Мыльный пузырь – это слой мыла на внешней стороне, слой  воды в середине и слой мыла на внутренней части. Свет отражает от первого и второго слоя мыла. Волны света смешиваются. Эта смесь и образует различные сочетания цветов. Переливчатые «радужные» цвета мыльных пузырей зависят от толщины мыльной плёнки. По мере испарения воды изменяется цвет пузырей. Когда плёнка пузыря толстая, пузыри сине-зелёные, потом они становятся синими, затем пурпурными и, наконец, самые тонкие пузыри золотисто-жёлтые. Это явление называется интерференция света.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе исследования мною было выполнено:

·проведен анализ литературы и интернет источников по данной теме;

·приготовлены пять различных растворов для приготовления мыльных пузырей;

·найден экспериментальным путем идеальный раствор для приготовления самых больших и долговечных мыльных пузырей;

·исследованы свойства мыльных пузырей;

На основании полученных экспериментов можно сделать следующие выводы:

1.                     из проведенного анализа литературы и интернет источников я поняла, что мыльный пузырь трехслойный, состоящий из двух слоев мыла и слоя воды;

2.                     меняя состав раствора для приготовления мыльных пузырей, можно улучшать качество пузырей, и для их получения не надо сложных приспособлений;

3.                     исследовав диаметр и продолжительность жизни мыльных пузырей пяти различных растворов, делаю вывод о том, что добавление глицерина и желатина улучшает качество пузырей, кроме того диаметр полученного пузыря зависит от диаметра рамки из которой он выпущен;

4.                     из поставленных опытов я сделала вывод, что

·существует поверхностное натяжение воды;

·мыльный пузырь занимает в пространстве оптимальную форму (форму шара), так как воздух, который находится внутри пузыря, равномерно давит на его стенки во все стороны;

·мыльный пузырь замерзает на холоде, т.к в основном состоит из воды, а низкая температура меняет поверхностное натяжение, поэтому при разной температуре из одного и того же раствора невозможно выдуть одинаковые по размеру пузыри;

·радужные мыльные пузыри получаются, т.к. лучи света отражаются от внешнего и внутреннего слоев мыльного пузыря и перемешиваются. Цвет зависит от толщины стенки пузыря. Этот эффект называется интерференцией;

Мне хотелось бы продолжить работу над этой темой и попробовать раскрасить мыльные пузыри, придумать и показать сказку, в которой все герои будут сделаны из мыльных пузырей! «Выдуйте мыльный пузырь, – писал великий английский ученый Кельвин, – и смотрите на него: вы можете заниматься всю жизнь его изучением, не переставая извлекать из него уроки физики ».

Список литературы

1.     Гегузин Я. Е. Пузыри. – М.: Наука, 1985. – 176 с. – (Библиотечка «Квант». Вып. 46).

2.     Геккер Й. Научные эксперименты дома: Энциклопедия для детей. – М.: Эксмо, 2011. – 192 с.

3.     Рабиза Ф. В. Простые опыты: Забавная физика для детей. – М.: Дет. лит., 2002. – 222 с.: ил. – (Знай и умей!).

4.     http://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/248995

5.     http://enc-dic.com/dal/Puzyr-34521/

6.     http://m.youtube.com/watch?v=9Ym4velPxO0

7.     http://shkolazhizni.ru/world/articles/25750/

8.     https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D1%83%D0%B7%D1%8B%D1%80%D1%8C