Инфоурок Физика СтатьиСтатья на тему: "Физические свойства мыльных пузырей"

Статья на тему: "Физические свойства мыльных пузырей"

Скачать материал

Физические свойства мыльных пузырей

 

Оглавление

Введение……………………………………………………………………………………..

3

I.      Основная часть……...……………………………………………………………………

4

I.1. Физические основы мыльных пузырей………………………………………………..

5

I.                   Практическая часть……………………………………………………………........

7

II.1. Создание раствора для мыльных пузырей………..…………………………………..

7

II. 2.Опыты с мыльными пузырями………………………………………………………

9

Заключение……………………………………………………………………………….....

13

Список литературы………………………………………………………………………….

14

Приложение

15

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


 

Введение

Мыльная плёнка прекрасный объект для изучения поверхностного натяжения. Сила тяжести практически роли не играет, потому что мыльная плёнка очень тонкая и масса у неё ничтожна. Главную роль здесь играет сила поверхностного натяжения, благодаря которым форма пленки всегда оказывается такой, что ее площадь минимально возможная в данных условиях. Это заинтересовало меня и заставило написать данную работу.

Цель: изучить растворы для создания мыльных пузырей и создать свой раствор, который бы позволил создать максимально большой и «долгоживущий» мыльный пузырь.

Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:

1.      Изучить явление поверхностного натяжения жидкости;

2.      Изучить литературы для растворов при создании мыльных пузырей;

3.      Проверить растворы на практике;

4.      Поставить задачи на следующий год

Объектом исследования является процесс изучения сил поверхностного натяжения жидкости, водные растворы.

Предмет исследования: физические свойства водных растворов.

Гипотеза: на величину и качество мыльных пузырей влияют компоненты, входящие в раствор.

Методы исследования:

· наблюдение:

· проведение эксперимента;

· сравнение и анализ полученных результатов.

 


I.                        

I.                   Основная часть

I.                   1. Физические основы мыльных пузырей

Сила поверхностного натяжения – это сила, обусловленная взаимным притяжением молекул жидкости, направленная по касательной к ее поверхности.

Действие сил поверхностного натяжения приводит к тому, что жидкость в равновесии имеет минимально возможную площадь поверхности. Молекулы вещества в жидком состоянии расположены почти вплотную друг к другу. В отличие от твердых кристаллических тел, в которых молекулы образуют упорядоченные структуры во всем объеме кристалла и могут совершать тепловые колебания около фиксированных центров, молекулы жидкости обладают большей свободой. Каждая молекула жидкости, также как и в твердом теле, «зажата» со всех сторон соседними молекулами и совершает тепловые колебания около некоторого положения равновесия. Однако, время от времени любая молекула может переместиться в соседнее вакантное место. Такие перескоки в жидкостях происходят довольно часто; поэтому молекулы не привязаны к определенным центрам, как в кристаллах, и могут перемещаться по всему объему жидкости. Этим объясняется текучесть жидкостей. При контакте жидкости с другими телами жидкость имеет поверхность, соответствующую минимуму ее поверхностной энергии.

Понятие «поверхностное натяжение» впервые ввел Я. Сегнер в 1752 год.

К вызываемым поверхностным натяжением эффектам мы настолько привыкли, что не замечаем их, если не развлекаемся пусканием мыльных пузырей. Однако в природе и нашей жизни они играют немалую роль.

Существуют целые виды насекомых мелких и паукообразных, передвигающихся за счет поверхностного натяжения:

1. Муравей, пытающийся напиться из капли росы. Капля «сминается», но сила поверхностного натяжения не дает насекомому проникнуть в нее языком. Это вода, которая не течет, вода, которую трудно пить.

2. Наиболее известны водомерки, которые опираются на воду кончиками лап. Сама же лапка покрыта водоотталкивающим налетом. Поверхностный слой воды прогибается под давлением лапки, но за счет силы поверхностного натяжения водомерка остается на поверхности.

Без этих сил мы не могли бы писать чернилами. Обычная ручка не зачерпнула бы чернил из чернильницы, а автоматическая сразу же поставила бы большую кляксу, опорожнив весь свой резервуар;

Нельзя было бы намылить руки: пена не образовалась бы;

Нарушился бы водный режим почвы, что оказалось бы гибельным для растений;

Пострадали бы важные функции нашего организма.

Жидкости, как и твердые тела, изменяют свой объем при изменении температуры. Для не очень больших интервалов температур относительное изменение объема пропорционально изменению температуры ΔT: 

Коэффициент β называют температурным коэффициентом объемного расширения. Этот коэффициент у жидкостей в десятки раз больше, чем у твердых тел. У воды, например, при температуре 20 °С βв ≈ 2·10–4 К–1, у стали βст ≈ 3,6·10–5 К–1, у кварцевого стекла βкв ≈ 9·10–6 К–1.

Наиболее интересной особенностью жидкостей является наличие свободной поверхности. Жидкость, в отличие от газов, не заполняет весь объем сосуда, в который она налита. Между жидкостью и газом (или паром) образуется граница раздела, которая находится в особых условиях по сравнению с остальной массой жидкости.

Мыло, стиральные порошки уменьшают поверхностное натяжение воды, увеличивая её проникающую способность. Поэтому мыльная вода пропитывает и очищает ткани и другие материалы лучше, чем чистая вода.

Однако мыльные пузыри получаются большого размера, они прочнее и дольше живут. Не противоре­чат ли эти свойства одно другому?

Оказывается, кроме сил поверхностного натяжения, важную роль играет структура мыльной пленки. Мо­лекулы мыла и моющих средств относятся к поверхно­стно-активным веществам (ПАВ). Их особенностью яв­ляется то, что один конец молекулы активен по отно­шению к воде, а противоположный — инертен. Моле­кулы мыла расположены упорядоченно и перпендику­лярно водной поверхности, так что напоминают «час­токол».

Измерения поверхностного натяжения подтвержда­ют теорию: мыльная пленка уменьшает поверхностное натяжение в 2-3 раза.


 

II.                Практическая работа

II.1. Создание раствора для мыльных пузырей

Что в составе того раствора, из которого получаются такие крепкие мыльные пузыри. И почему обычные гели для душа, шампуни и прочие мылящиеся средства не могут заменить магазинные пузыри? Необходимо уделить особое внимание составу раствора для мыльных пузырей, ведь именно от него будет зависеть долговечность мыльного пузыря. Существует огромное количество рецептов для приготовления мыльных пузырей. Некоторые из них хранятся в строжайшей тайне, поскольку позволяют создавать большие мыльные пузыри вместимостью до нескольких человек. Как оказалось, раствор с легкостью можно приготовить в домашних условиях из подручных средств.

Мне стало интересно, из чего же можно приготовить самые прочные мыльные пузыри? Чтобы ответить на этот вопрос, я провела следующий опыт: купила в магазине готовый раствор мыльных пузырей. В сети Интернет нашла несколько способов для приготовления растворов мыльных пузырей. Например:

1 способ:

1 столовая ложка стружки хозяйственного 72-процентного мыла; 100 мл воды.

2 способ:

25 мл глицерина, 150 мл воды и 50 гр. средства для мытья посуды. Я использовала «ПемоЛюкс сода 3 эффект».

Так как во всех способах в сети Интернет в составе раствора находится глицерин, то я решила проверить, каким образом глицерин влияет на качество мыльных пузырей.

Результат проверки в сравнительной таблице 1.

 

 

 

 

 

Таблица 1

Марка пузырей

Характеристика мыльных пузырей без добавления глицерина

Характеристика мыльных пузырей с добавлением глицерина

Время жизни, с

Средний диаметр, см

Время жизни, с

Средний диаметр, см

Bubbles

4-8

7

9-13

10

Маша и медведь

3-4

8

9-15

9

 

Вывод: глицерин увеличивает прочность и размеры мыльного пузыря, т.е. увеличивает силу поверхностного натяжения жидкости.

Следующей частью моего исследования была проверка способов для создания мыльных пузырей, предложенных сетью Интернет.

Проверка 1 способа:

1 столовая ложка стружки хозяйственного 72-процентного мыла; 100 мл воды.

Результат: средний диаметр пузырей: 3-4 см, время жизни: 3 с.

Я немного изменила этот способ, добавила 30 мл глицерина, в 50 мл горячей воды растворила 5 столовых ложек сахара и смешала с уже приготовленным раствором.

Результат: средний диаметр пузырей: 25-30 см, время жизни: 10-13 с.

Проверка 2 способа:

25 мл глицерина, 150 мл воды и 50 гр. средства для мытья посуды.

Результат: средний диаметр пузырей: 7-8 см, время жизни: 7-10 с.

Вывод: на прочность пузырей оказывает влияние сахар, глицерин.

II.  2.Опыты с мыльными пузырями

«Пузырь в пузыре».

Для этого опыта потребуется мыльный раствор и трубочка. Посредство трубочки выдуваем на гладкую поверхность мыльный пузырь, внутрь этого пузыря вводим трубочку и выдуваем второй пузырь. Причем при надувании внутреннего пузыря увеличивается и внешний пузырь.

«Фигуры из пузырей»

Пузыри можно выдувать на мыльную плёнку. Строить из них фигуры.

«Пузыри с помощью воронки»

Можно выдувать пузыри с помощью воронки. Обмакнув в жидкость воронку, очень осторожно приподнимаем её, и отверстие воронки покрывается тонкой плёнкой. Таким образом, можно выдувать большие пузыри.

 

«Радуга на пузырях»

Переливчатые «радужные» цвета мыльных пузырей получаются за счёт интерференции световых волн и определяются толщиной мыльной плёнки.

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. Поскольку каждый проход света через плёнку создает сдвиг по фазе пропорциональный толщине плёнки и обратно пропорциональный длине волны, результат интерференции зависит от двух величин. Отражаясь, некоторые волны складываются в фазе, а другие в противофазе, и в результате белый свет, сталкивающийся с плёнкой, отражается с оттенком, зависящим от толщины плёнки.

По мере того, как плёнка становится тоньше из-за испарения воды, можно наблюдать изменение цвета пузыря. Более толстая плёнка убирает из белого света красный компонент, делая тем самым оттенок отражённого света сине-зелёным. Более тонкая плёнка убирает жёлтый (оставляя синий свет), затем зелёный (оставляя пурпурный), и затем синий (оставляя золотисто-жёлтый). В конце концов стенка пузыря становится тоньше, чем длина волны видимого света, все отражающиеся волны видимого света складываются в противофазе и мы перестаем видеть отражение совсем (на тёмном фоне эта часть пузыря выглядит «чёрным пятном»). Когда это происходит, толщина стенки мыльного пузыря меньше 25 нанометров, и пузырь, скорее всего, скоро лопнет.

Эффект интерференции также зависит от угла, с которым луч света сталкивается с плёнкой пузыря. Таким образом, даже если бы толщина стенки была везде одинаковой, мы бы всё 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.

«Лопающийся мыльный пузырь»

     Не менее интересный, чем пускание пузырей, процесс их лопанья. Но, к сожалению, процесс очень быстрый, поэтому человеческий глаз его зафиксировать не может, а вот специальная фотокамера, делающая 500 снимков за секунду вполне. Фотографу из Великобритании Ричарду Хиксу удалось получить очень красивые снимки этого процесса (Приложение 1).

Мне посчастливилось тоже запечатлеть этот процесс случайно, но не так как у Ричарда Хикса.

Заключение

В ходе работы я пришла к следующим выводам:

1.      Раствор для гигантских мыльных пузырей реально изготовить в домашних условиях.

2.      Размер мыльного пузыря зависит от поверхностного натяжения жидкости.

3.      Помимо мыльных пузырей действие поверхностного натяжения можно наблюдать во многих других бытовых устройствах, например, шариковая ручка.

4.      Пузыри большого размер получаются благодаря наличию в растворе глицерина и загустителя.

В дальнейшем я планирую продолжить работу, так как меня очень привлекли факты о замерзании мыльных пузырей, (но так как замерзают пузыри при температуре 10-15ºС, опыт поставить не удалось еще и из-за ветреной погоды).

 

 

 

 

 

 

 

 


 

Библиографический список

  1. Гегузин Я.Е. Пузыри - М.: Наука, 1985.
  2. Миннард М. Перевод под ред. Г.А. Лейкина. Свет и цвет в природе. М.: Наука, 1969.
  3. Шварц А., Перри Дж., Берн Д ж., Поверхностно-активные вещества и моющие средства, М., 1960.
  4. http://fun-bubbles.narod.ru/ - сайт Большие мыльные пузыри.

 

Приложение 1

Фотографии Ричарда Хикса

 

http://www.kp.ru/upimg/3dbcf1e95a9df2bc3cfa526f880f3a43063654af/212468.jpg http://www.kp.ru/upimg/3dbcf1e95a9df2bc3cfa526f880f3a43063654af/212469.jpg http://www.kp.ru/upimg/3dbcf1e95a9df2bc3cfa526f880f3a43063654af/212470.jpg                                                  http://www.kp.ru/upimg/3dbcf1e95a9df2bc3cfa526f880f3a43063654af/212471.jpg                   http://www.kp.ru/upimg/3dbcf1e95a9df2bc3cfa526f880f3a43063654af/212472.jpg

Просмотрено: 0%
Просмотрено: 0%
Скачать материал
Скачать материал "Статья на тему: "Физические свойства мыльных пузырей""

Методические разработки к Вашему уроку:

Получите новую специальность за 2 месяца

Спортивный психолог

Получите профессию

Экскурсовод (гид)

за 6 месяцев

Пройти курс

Рабочие листы
к вашим урокам

Скачать

Скачать материал

Найдите материал к любому уроку, указав свой предмет (категорию), класс, учебник и тему:

6 625 730 материалов в базе

Материал подходит для УМК

Скачать материал

Другие материалы

Вам будут интересны эти курсы:

Оставьте свой комментарий

Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.

  • Скачать материал
    • 24.04.2020 1769
    • DOCX 918.8 кбайт
    • Рейтинг: 5 из 5
    • Оцените материал:
  • Настоящий материал опубликован пользователем Мельникова Светлана Евгеньевна. Инфоурок является информационным посредником и предоставляет пользователям возможность размещать на сайте методические материалы. Всю ответственность за опубликованные материалы, содержащиеся в них сведения, а также за соблюдение авторских прав несут пользователи, загрузившие материал на сайт

    Если Вы считаете, что материал нарушает авторские права либо по каким-то другим причинам должен быть удален с сайта, Вы можете оставить жалобу на материал.

    Удалить материал
  • Автор материала

    • На сайте: 10 лет и 11 месяцев
    • Подписчики: 6
    • Всего просмотров: 154790
    • Всего материалов: 75

Ваша скидка на курсы

40%
Скидка для нового слушателя. Войдите на сайт, чтобы применить скидку к любому курсу
Курсы со скидкой

Курс профессиональной переподготовки

Фитнес-тренер

Фитнес-тренер

500/1000 ч.

Подать заявку О курсе

Курс профессиональной переподготовки

Педагогическая деятельность по проектированию и реализации образовательного процесса в общеобразовательных организациях (предмет "Физика")

Учитель физики

300 ч. — 1200 ч.

от 7900 руб. от 3950 руб.
Подать заявку О курсе
  • Сейчас обучается 36 человек из 21 региона

Курс профессиональной переподготовки

Физика: теория и методика преподавания в профессиональном образовании

Преподаватель физики

300/600 ч.

от 7900 руб. от 3950 руб.
Подать заявку О курсе
  • Сейчас обучается 40 человек из 21 региона

Курс повышения квалификации

Особенности подготовки к сдаче ОГЭ по физике в условиях реализации ФГОС ООО

36 ч. — 180 ч.

от 1700 руб. от 850 руб.
Подать заявку О курсе
  • Сейчас обучается 76 человек из 33 регионов

Мини-курс

Психоаналитический подход: изучение определенных аспектов психологии личности

4 ч.

780 руб. 390 руб.
Подать заявку О курсе

Мини-курс

Эффективное управление проектами

6 ч.

780 руб. 390 руб.
Подать заявку О курсе

Мини-курс

Стратегии маркетинга и продаж в B2B

8 ч.

1180 руб. 590 руб.
Подать заявку О курсе