Опыты с мыльными пузырями. - Школьная научно

III МЕЖДУНАРОДНАЯ
НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ
«ПОИСК»
Направление: физика
Тема: «Секреты мыльных пузырей»
Белов Константин
МАОУ гимназия № 18 г. Нижний Тагил
1 класс
Научный руководитель:
Акимова А.А.,
учитель начальных классов,
МАОУ гимназии № 18
г. Нижний Тагил
2014-2015 учебный год
Оглавление
Введение. .......................................................................................................................... 3
Что такое мыльный пузырь и когда он появился? ....................................................... 5
Почему мыльный пузырь круглый? .............................................................................. 6
Почему кольца для мыльных пузырей имеют канавки? ............................................. 6
Исследование мыльных растворов. ............................................................................... 6
Опыты с мыльными пузырями. ..................................................................................... 9
Заключение .................................................................................................................... 12
Список литературы ....................................................................................................... 13
Приложение. .................................................................................................................. 14
АННОТАЦИЯ
Летящие по воздуху переливающиеся всеми цветами радуги прозрачные
шары всегда восхищали автора проекта. Ему захотелось раскрыть секреты
мыльных пузырей и узнать, можно ли дома самому приготовить состав для
мыльных пузырей и что для этого нужно? Из каких растворов можно получить
самые большие и прочные мыльные пузыри? Он решил по-новому посмотреть на
эту весёлую игру. Юный исследователь изучил раствор мыльных пузырей, выявил
лучший и провёл опыты. Сравнил получившиеся продукты и воплотил в жизнь
авторские задумки.
2
Введение.
Летящие по воздуху переливающиеся всеми цветами радуги прозрачные
шары. Что это? Ну, конечно, каждый знает ответ – мыльные пузыри. Каждый из
нас пускал мыльные пузыри. Эта забава известна с давних времён и привлекает
как детей, так и взрослых.
Мне захотелось раскрыть секреты мыльных пузырей и узнать, можно ли
дома самому приготовить состав для мыльных пузырей и что для этого нужно? Из
каких растворов можно получить самые большие и прочные мыльные пузыри?
«Желание и любопытство — два глаза, магически преображающие мир» –
писал шотландский писатель Роберт Стивенсон. Если любопытство касается
серьезных предметов, оно уже именуется жаждой познания.
В своём проекте «Секреты мыльных пузырей» я решил по-новому
посмотреть на эту весёлую игру.
Цели проекта:
1. Узнать, что такое мыльный пузырь;
2. Исследовать свойства мыльных пузырей, полученных из разных растворов;
3. Выявить лучший раствор для мыльных пузырей;
4. Пронаблюдать на опытах удивительные свойства мыльных пузырей.
Задачи проекта:
1. Изучить информацию о мыльных пузырях;
2. Приготовить растворы для мыльных пузырей;
3. Провести опыты для сравнения мыльных растворов;
4. Проанализировать результаты опытов.
Гипотезы:
1. Размеры мыльных пузырей зависят от вида моющего средства.
2. Невозможно выдуть мыльные пузыри другой формы, отличной от
сферической (например, квадратные, треугольные или в форме звезды).
3. Если добавить в мыльный раствор гуашь, то цвет пузырей будет цвета
гуаши.
Методы исследования:
1. Поиск, изучение и анализ научной литературы по данной теме;
3
2. Наблюдение за мыльными пузырями из разных растворов;
3. Проведение опытов.
4. Сравнение полученных результатов.
4
Что такое мыльный пузырь и когда он появился?
Мыльный пузырь – это тонкая многослойная плёнка мыльной воды,
наполненная воздухом, обычно в виде сферы с переливчатой поверхностью.
Плёнка пузыря состоит из тонкого слоя воды, расположенного между
двумя слоями мыла, которые защищают воду от быстрого испарения. Пузырь
существует, потому что поверхность воды имеет натяжение, которое придаёт
эластичность. Мыльные пузыри обычно существуют лишь несколько секунд и
лопаются сами или от прикосновения.
В настоящее время трудно точно сказать, когда люди впервые обратили
своё внимание на поведение в природе мыльных пузырей, а также неизвестна дата
появления первого интереса ученых к изучению физических процессов,
связанных с ними. Однако ещё во время раскопок древнего города Помпеи
археологи обратили своё внимание на изображения на фресках древних жителей
этого города, надувающих мыльные пузыри. Видимо, уже тогда у людей появился
интерес к необычному поведению этих хрупких созданий и привлек внимание
своей фантастичностью их радужный окрас.
Сначала
человечество
применяло
мыльные
растворы
на
основе
растительных жиров, масел и пепла. Люди использовали этот состав для
нанесения на волосы в ходе ритуальных церемоний, но заметили, что после его
смывания волосы становились чистыми и блестящими. Для стирки белья
применялись соки растений, специальные сорта глины, отвары из золы. Только
после изобретения в XV веке в Италии твердого мыла, оно стало широко
использоваться в гигиенических целях, а по мере совершенствования технологии
его изготовления, стало доступно всем слоям общества.
Ученые физики проводили многочисленные опыты, изучая поведение
мыльных пузырей в различных условиях. За все время выдано несколько тысяч
патентов, где так или иначе принимали участия мыльные пузыри. Так, например,
при замораживании мыльного пузыря было сделано множество полезных
наблюдений, на основе которых сейчас широко применяется технология
заморозки клеток, органов для пересадки и целых живых организмов.
5
Почему мыльный пузырь круглый?
Сферическая форма пузыря 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. Но если
оставить пузырь плавать в спокойном воздухе, его форма очень скоро станет
близкой к сферической.
Почему кольца для мыльных пузырей имеют канавки?
Опуская кольцо для выдувания пузырей в мыльный раствор, мы как бы
«набираем» раствор про запас. Чем больше будет раствора, тем толще будут
стенки пузыря, и тем больше он может получиться. Поэтому кольцо для
выдувания пузырей должно иметь ребристые края с канавками, которые могли бы
удержать максимальное количество раствора.
Исследование мыльных растворов.
Прежде чем начать опыты с пузырями, мы приготовили 5 мыльных
растворов и выбрали самый лучший.
Для проведения экспериментов нам понадобились: кипячёная вода,
жидкость для мытья посуды «Fairy», детский шампунь «Моя прелесть»; жидкое
мыло «Ушастый нянь»; гель для душа «AXE shift» ; глицерин, нашатырный спирт,
желатин, сахар, стаканчики, трубочки для коктейля, мерный стакан.
Состав №1:
150 мл кипячёной воды;
6
50 мл детского шампуня «Моя прелесть»;
2 чайные ложки сахара (без горки).
Смешали и добавили к полученной смеси 100 мл глицерина.
Состав №2:
300 мл кипячёной воды;
50 мл средства для мытья посуды «Fairy»;
20 мл глицерина;
1 чайная ложка раствора желатина.
Состав №3:
100 мл кипячёной воды;
25 мл средства для мытья посуды «Fairy»;
25 мл глицерина;
5 капель нашатырного спирта.
Состав №4:
100 мл жидкого мыла «Ушастый нянь»;
20 мл кипячёной воды;
10 капель глицерина.
Состав №5:
50 мл геля для душа «AXE shift» ;
50 мл кипячёной воды;
10 капель глицерина.
Глицерин, входящий в состав каждого раствора, делает мыльные пузыри
прочнее и долговечнее.
7
Исследую растворы для мыльных пузырей.
Испытание 1 (фото 1, 2). Для проверки качества растворов для мыльных
пузырей пробую проткнуть пузырь из каждого раствора пальцем, смоченным тем
же мыльным раствором. Ни один из пяти пузырей не лопнул, значит, все составы
пригодны для исследований.
Испытание 2 (фото 3, 4). На время жизни мыльного пузыря. Надуваю
пузыри из каждого состава и засекаю время. Первым лопнул пузырь из пятого
состава. Долгожителем оказался пузырь из первого состава. Это произошло потому,
что в данном составе присутствовал сахар. Сахар способствует долговечности
мыльных пузырей. Данные опыта я занёс в сводную таблицу.
Интересно узнать, как проявит себя в других опытах раствор, выигравший в
этом испытании.
Испытание 3 (фото 5). На самый большой пузырь. Для эксперимента я взял
обычную коктейльную соломинку и стал выдувать пузыри из каждого состава.
Наибольший пузырь (диаметром 16 см) получился из второго состава. Состав №1 на
втором месте (14 см). Из состава №4 получались самые маленькие пузыри.
Испытание 4 (фото 6). Этот тест определяет, сколько можно выдуть
пузырей, сделав 10 попыток. Оценивается, сколько из них получится и каких:
больших или маленьких. Данные испытания я также занёс в таблицу.
Таблица 1. Исследование растворов для мыльных пузырей.
№
Испытание
п/п
1 Прокол
2 Время жизни
3 Размер большого
пузыря
4 Из 10 пузырей
получилось
Из них маленьких
Из них больших
1
+
2
+
Растворы
3
+
18 мин.
14 см
1 мин. 20 сек.
16 см
55 сек.
12 см
1 мин. 15 сек.
8 см
20 сек.
10 см
10
10
8
9
6
2
8
1
9
4
4
8
1
6
0
4
+
5
+
По итогам испытаний лучшим оказался состав №2. Состав №1 также
показал хорошие результаты. Для дальнейших опытов принимаю состав №2.
8
Опыты с мыльными пузырями.
Опыт 1. Мал мала меньше. Выдувание пузырей в мыльном пузыре (фото
7, 8).
Выдуваем большой мыльный пузырь на поверхности стола, смоченного
мыльным раствором. Осторожно через стенку первого пузыря проталкиваем
соломинку, смоченную в мыльном растворе. Большой пузырь не лопнул!
Медленно начинаем дуть в соломинку. Получаем второй пузырь, заключенный в
первом. Осторожно вытягиваем соломинку. Снова смачиваем соломинку и
вводим её в центр второго пузыря. Выдуваем третий пузырь, поменьше. Затем в
центре третьего пузыря выдуваем четвёртый, совсем маленький.
Вывод: стенки мыльного пузыря достаточно прочны и эластичны. При
соприкосновении двух мыльных растворов происходит сцепление частиц (пузырь
не лопается, трубка проходит сквозь него).
Опыт 2. Пузыри вокруг предметов (фото 9).
В тарелку наливаем немного мыльного раствора, чтобы дно тарелки было
покрыто слоем в 2 – 3 миллиметра; в середину кладём маленькую фигурку и
накрываем воронкой. Затем, медленно поднимая воронку, дуем в ее узкую
трубочку – образуется мыльный пузырь. Когда этот пузырь достигнет
достаточных размеров, наклоняем воронку, высвобождая из-под нее пузырь.
Фигурка оказывается лежащей под прозрачным полукруглым колпаком из
мыльной пленки.
Вывод: мыльная пленка пузыря достаточно прочна и эластична, чтобы в
него можно было поместить небольшой предмет, предварительно смоченный
мыльным раствором.
Опыт 3. Пузырь на цветке (фото 10-13).
Очень красиво и необычно смотрятся мыльные пузыри их на лепестках
распустившегося цветка. Цветок смачивается мыльным раствором, на его
9
лепестки через соломинку выдуваем мыльный пузырь. Теперь можно наблюдать
изумительную красоту цветка через радужную переливающуюся плёнку.
Опыт 4. Рекордный пузырь (фото 14, 15).
Я постарался выдуть наибольший пузырь на поверхности стола.
Получился рекордный пузырь диаметром 29 см.
Опыт 5. Форма пузыря (фото 16).
Проверяю гипотезу №2 о возможности выдуть пузырь другой формы,
отличной от шара. Использую форму в виде звезды. Несмотря на многие попытки,
у меня выходили пузыри только круглой формы.
Вывод: мыльный пузырь всегда приобретает форму шара из любой другой
формы. Моя гипотеза подтвердилась.
Опыт 6. Превращения мыльного пузыря (фото 17-22) .
Я сделал три объемные фигуры: куб, треугольную пирамиду и
треугольную призму из деревянных зубочисток и предварительно размоченной
фасоли. Налил в банку мыльный раствор и поочерёдно погрузил фигуры
полностью. Когда я достал куб, то увидел внутри в центре куба квадратик из
мыльной пленки. От него были натянуты пленки к граням куба. Я опустил в
раствор нижнюю грань куба, и в середине появился совершенно правильный
маленький кубик. А вокруг него – переливающиеся пирамиды к каждой грани
куба. Я дотронулся до внутреннего куба палочкой, он лопнул и внутри большого
куба снова появился квадрат, фигура приняла свой первоначальный вид.
Также наблюдал тонкие прозрачные перепонки, соединённые с рёбрами,
внутри пирамиды и призмы. Перепонки эти тоже отливают радужными цветами,
как и мыльные пузыри.
Вывод: с помощью простых приспособлений, которые легко сделать из
обычных зубочисток и фасоли, мы смогли получить мыльные пузыри и пленки
разного размера и, более того, менять их форму.
Опыт 7. Мыльные плёнки. Рамка (фото 23-28).
10
Чтобы изготовить прямоугольную рамку, я взял два отрезка проволоки,
натянул между их концами толстые нитки. К верхней проволоке я привязал
тонкую нитку, чтобы можно было за нее держать рамку. Между боковыми
нитками я протянул, не натягивая ее, третью нитку, а к середине этой третьей
привязал четвертую. Они свободно будут лежать на мыльной плёнке. Опустил эту
рамку в чашку с мыльным раствором. Затем стал медленно поднимать рамку. На
ней образовалась тонкая мыльная плёнка. Я дотронулся палочкой до нижней
части плёнки — между поперечной ниткой и нижним прутиком. Нижняя часть
пленки лопнула, а верхняя мгновенно натянула поперечную нитку кверху,
полукругом. Я потянул за четвертую нитку вниз: отверстие в пленке приняло
форму двустворчатых ворот. Отпустив нитку, я увидел, что плёнка снова
натянула поперечную нить аркой.
Опыт 8. Мыльные плёнки. Звёздочка (фото 29-31).
Звёздочку с ручкой я согнул из проволоки. Опустил её в мыльный раствор.
На мыльную пленку положил петельку, связанную из нити (сперва петельку
смочил мыльным раствором, чтобы не лопнула плёнка). Петелька расположилась
на пленке неправильной фигурой. Я проткнул пленку в середине этой фигуры, и
мыльная плёнка между ниткой и проволокой тотчас же растянула мою петельку, и
петелька приняла форму правильной окружности. Осторожно наклоняя звёздочку,
я наблюдал, как круг из нитки передвигался от одной проволочной грани к
другой, как бы бегая внутри звёздочки.
Вывод: нитка, оказавшаяся на границе мыльной пленки, принимает
правильную форму круга. Этому способствуют силы поверхностного натяжения
воды.
Опыт 9. Окрашивание мыльного раствора гуашью (фото 32, 33).
Проверяю гипотезу №3 о возможности выдуть цветные пузыри. Добавляю
в мыльный раствор красную гуашь, выдуваю на поверхности стола несколько
пузырей. Они прозрачны, как и все предыдущие. Пузыри не окрасились, гипотеза
не подтвердилась.
11
Заключение
Выводы.
Я понаблюдал удивительные свойства пузырей на опытах и пришёл к
следующим выводам:
1) Размер мыльных пузырей зависит от состава раствора. Основа
каждого раствора – моющее средство. Также важными составляющими являются
вода и глицерин.
2) Мыльные пузыри эластичны, под напором воздуха увеличивают
размер.
3) Существует сила поверхностного натяжения, которая не даёт лопнуть
мыльному пузырю.
4) Мыльные пузыри, независимо от формы рамки, из любой другой
формы всегда приобретают форму шара.
5) Если добавить в мыльный раствор гуашь, то цвет раствора меняется, а
цвет пузырей все равно остается прозрачным.
Оказалось, приготовление раствора для пускания мыльных пузырей в
домашних условиях – вполне осуществимое и интереснейшее занятие.
Несомненно, мыльные красавцы хранят еще много секретов, над которыми
придется поломать голову не одному изобретателю, а пока они радуют и детей, и
взрослых, даря особую радость и веселье.
12
Список литературы
1. Тит Том. Научные забавы: интересные опыты, самоделки, развлечения / Пер. с
франц. – М.: Издательский дом Мещерякова, 2007, 2-е издание – 244 с.
2. http://www.blogimam.com. Мыльные пузыри в домашних условиях — для
детского праздника или просто так.
3. http://bubbleshow.by/contacts/recipes-bubble. Рецепты мыльных пузырей.
4. http://goodmagic.ru/category/opyty-s-mylnymi-puzyryami. Опыты с мыльными
пузырями.
5. https://ru.wikipedia.org/wiki. Мыльный пузырь.
13
Приложение.
Фотографии испытаний и опытов.
Фото 1, 2. Прокол мыльного пузыря
Фото 3, 4. Время жизни мыльного пузыря
Фото 5. Выдуваю большой пузырь
14
Фото 6. Испытание 4
Фото 7, 8. Опыт 1. Мал мала меньше
Фото 9. Опыт 2. Пузыри вокруг предметов
15
Фото 10-13. Опыт 3. Пузырь на цветке
Фото 14, 15. Опыт 4. Рекордный пузырь
16
Фото 16. Опыт 5. Форма пузыря
Фото 17-22. Опыт 6. Превращения мыльного пузыря
17
Фото 23-28. Опыт 7. Мыльные плёнки. Рамка
18
Фото 29-31. Опыт 8. Мыльные плёнки. Звёздочка
Фото 32, 33. Опыт 9. Окрашивание мыльного раствора гуашью
19