Видео эксперимента (ссылка в контакте ):

Видео эксперимента (ссылка в контакте ):
http://vk.com/videos279887508?section=all&z=video279887508_171706722%2F
album279887508%2Fpl_279887508
Состав раствора, из которого получен мыльный пузырь:
1/5 часть - кипячёная вода
2/5 части - глицерин
2/5 части - мужской шампунь «Nivea »
Мыльный пузырь просуществовал 1 час 17 минут (видеокамера отключилась
через час, ввиду недостатка памяти в телефоне, поэтому потребовалось
повторное включение видеокамеры).
1. Почему поверхность мыльного пузыря переливается всеми цветами
радуги?
Переливчатые «радужные» цвета мыльных пузырей наблюдаются
вследствие интерференции световых волн и определяются толщиной
мыльной плёнки. Когда луч света проходит сквозь тонкую плёнку пузыря,
часть его отражается от внешней поверхности, формируя первый луч, в то
время как другая часть проникает внутрь плёнки и отражается от внутренней
поверхности, образуя второй луч. Наблюдаемый в отражении цвет излучения
определяется интерференцией этих двух лучей. 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 синезелёным. 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.
2. Почему мыльный пузырь лопается?
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 какиенибудь 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 ещё больше.
3. Может ли пузырь иметь форму геометрической сферы
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.
Мыльный пузырь может иметь форму геометрической сферы. Объем
невозмущенного газа (или спокойного воздуха другими словами) охвачен
пленкой из вещества (раствор мыла) с заданным поверхностным
натяжением. При этих условиях единственное решение - минимум
поверхности при максимуме объёма = шар.
4. Какие добавки делают мыльный пузырь более устойчивым и почему?
1. Для раствора лучше использовать дистиллированную или хотя бы
кипячёную воду.
2. При меньшем содержании, к примеру, парфюмерных добавок в мыле или
другом применяемом средстве для мытья результат будет надёжнее.
3. Чтобы раствор получился более плотным, а, соответственно, и качество
самых пузырей – лучшим, используется либо глицерин, либо сахар.
Кстати, его лучше растворять в тёплой воде. С наружной и внутренней
стороны водяной пленки располагаются молекулы, которые ее
укрепляют.
4. Важно также не перестараться с количеством глицерина и сахара, иначе
выдуть пузырь будет довольно трудно.
5. При менее плотном растворе образуются менее стойкие пузыри,
хотя выдувать их намного легче. Такая концентрация лучше всего
подходит для детских забав.
6. Многие знатоки «мыльного» дела советуют около суток выдержать
раствор перед его употреблением.
7. Перед началом выдувания пузырей важно дождаться появления самой
чистой и цельной плёнки, которая будет превращаться в пузырь.
Желательно, чтобы на ней не было мелких дополнительных пузырьков
по краям, возникающих в процессе выдувания. Их нужно аккуратненько
убрать или выждать, пока они совсем исчезнут. А вообще, желательно
стараться избегать наличия пены: раствор надо настаивать и охлаждать,
чтобы пены было поменьше.
8. Пыль и ветер – противники мыльного пузыря.
9. А вот наличие высокой влажности воздуха – настоящий помощник.
5. Из каких химических молекул состоит пленка мыльного пузыря и
какое строение они имеют?
Пленка пузыря состоит из тонкого слоя воды, заключенного между двумя
слоями молекул, чаще всего мыла. Эти слои содержат в себе молекулы, одна
часть которых является гидрофильной, а другая гидрофобной. Гидрофильная
часть привлекается тонким слоем воды, в то время как гидрофобная,
наоборот, выталкивается. В результате образуются слои, защищающие воду
от быстрого испарения, а также уменьшающие поверхностное натяжение.
Иначе можно сказать вот так:
Мыльный пузырь — это шар, который состоит из трех слоев. Расположены
они так: пленка мыльной воды, потом слой воды, и потом опять пленка мыла.
Мы знаем, что вода на солнце испаряется. И средний слой воды в мыльном
пузыре — тоже испаряется. Когда он становится совсем-совсем тонким,
"трехслойная конструкция" мыльного пузыря ломается, он лопается!
Поэтому в жаркий день пузыри лопаются быстрее, а в прохладный день —
медленнее.
В состав классического раствора для выдувания мыльных пузырей входит
жидкость для мытья посуды или хозяйственное мыло, вода глицерин. В
некоторых случаях рекомендуют добавлять в раствор и сахар. Вода служит
растворителем моющего средства. Этого компонента в растворе должно быть
больше всего. Глицерин необходим для придания пузырю прочности. Таким
же назначением обладает и сахар.
6. Что будет с мыльным пузырем, если его заморозить?
Мыльный пузырь можно заморозить, т.к. в его состав входит молекулы воды,
и вода способна замерзать при низках температурах. Мы попытались это
сделать самостоятельно, но пузырь замёрз не очень сильно, а лишь покрылся
небольшой корочкой. Это было связано с тем, что на улице была температура
-5 градусов.
Можно предположить, что если надуть пузырь при температуре более
низкой, то он замёрзнет при соприкосновении с поверхностью. Воздух,
находящийся внутри пузыря, будет постепенно просачиваться наружу, и в
конце концов пузырь разрушится под действием собственного веса.
Другое предположение можно сделать, что пузыри, надутые при более
низкой температуре, всегда будут небольшими, так как они будут быстро
замерзать, и если продолжать их надувать, то они лопнут.