Как найти поверхностное натяжение мыльного пузыря

Физика мыльного пузыря

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке «Файлы работы» в формате PDF

Введение.

«Выдуйте мыльный пузырь и смотрите на него:

вы можете заниматься всю жизнь его изучением,

не переставая извлекать из него уроки физики».

лорд Кельвин

И действительно, красота мыльных пузырей завораживает. Переливающиеся пузыри позволяют ощутить в воздухе присутствие магии, повышают настроение и сохраняет в памяти что — то светлое. Мыльные пузыри завоевывают и детские, и взрослые сердца, объединяясь с музыкой и светом. А как эффектны трюки с пузырями: гигантские мыльные пузыри, пузырь в пузыре, человек в пузыре, дождь из пузырей, фейерверк из пузырей и многие другие. Прекрасное, радужное и сказочное шоу из мыльных пузырей может украсить любой праздник. А ведь внешняя привлекательность мыльного пузыря определена законами физикижидкостей и физической оптики.

Проблема заключается в том, мы не задумываемся над тем, почему тела обладают определенными свойствами, как объяснить те или иные явления. При изучении природы мыльных пузырей выяснилось, что знаний по данной теме недостаточно, что на изучение свойств жидкостей, и связанных с ними явлений, в школьном курсе отведено недостаточно времени.

Актуальность исследовательской работы заключается в том, чтобы изучая свойства «мыльного пузыря», углубить свои знания по предмету и окунуться в интересный мир физики.

Цели работы: Изучить и объяснить структуру, форму, радужную окраску, время «жизни» мыльного пузыря, основываясь на свойствах сил поверхностного натяжения, их зависимости от состава раствора жидкости, интерференции света в тонких пленках.

Задачи исследования:

1. Изучить научную литературу по теме исследования.

2. Провести исследования по изучению зависимости сил поверхностного натяжения от состава жидкости.

3. Провести опыты с мыльными пузырями и пленками,и проанализировать полученные результаты на основе теории сил поверхностного натяжения, интерференции света.

4. Сделать оборудование для проведения опытов и показа «шоу» мыльных пузырей на открытом родительском собрании «Радуга талантов – 2018».

Объект исследования:водные и мыльные пузыри, сила поверхностного натяжения,интерференция света в тонких пленках.

Предмет исследования: свойства сил поверхностного натяжения воды и мыльных растворов, принцип образования радужной окраски мыльных пузырей.

Методы исследования: изучение теоретических основ темы,наблюдение, сравнение полученных значений с теоретическими утверждениями, лабораторные опыты, моделирование мыльных пленок и пузырей, фотографирование, анализ результатов.

Теоретическая значимость работы заключается в анализе литературы и углубленного изучения вопросов молекулярной физики, свойств жидкостей, волновых свойств света.

Практическая значимость обусловлена тем, что полученные результаты исследования позволят понять природу сил поверхностного натяжения, интерференции света, повысить интерес к изучению физики и применить их для показа «шоу» мыльных пузырей на празднике.

Гипотеза исследования заключается в том, что силы поверхностного натяжения жидкости определяют форму, размеры, время «жизни» мыльного пузыря и зависят от состава жидкости, радужная окраска мыльных пузырей объясняется интерференцией света в тонких пленках.

Ожидаемый результат: использование результатов работы помогут понять природу сил поверхностного натяжения, объяснить окраску мыльных пузырей и создать оптимальный состав мыльного раствора жидкости для выступления на мероприятии.

Анализ литературы по проблеме исследования.

Чарльз Бойс в книге «Мыльные пузыри», говорит, что выдувать мыльные пузыри — это вовсе не пустая забава, а способ наблюдать множество любопытных явлений, объяснить которые бывает не так-то просто.

Интересные факты из истории мыльных пузырей можно узнать в статье «Поверхностное натяжение мыльного пузыря».

В статье из сети Интернет «Лиловый, красный, синий, зеленый, желтый цвет» мыльный пузырь рассматривается с точки зрения сил поверхностного натяжения, описывается состав мыльного раствора для создания пузырей.

«Почему мыльный пузырь имеет форму сферы?» — на этот вопрос отвечает

одноименная статья, где доказывается теорема Линделефа, из которой следует, что мыльный пузырь будет принимать форму сферы.

Статья «Поверхностное натяжение» посвящена свойствам сил поверхностного натяжения, коэффициенту поверхностного натяжения.

А в статье «Способ получения мыльных растворов» говорится о том, как сделать качественный раствор для мыльных пузырей, в том числе и гигантских.

Теоретическое обоснование образования цветных полос на тонких пленках дается в статье «Интерференция в тонких пленках».

В сети Интернет на сайте «Википедия» можно познакомиться с основными понятиями, которые использовались в данной работе: поверхностное натяжение, коэффициент поверхностного натяжения, поверхностная энергия, сила поверхностного натяжения, поверхностно-активные вещества, физика жидкостей, физическая оптика и другие.

Описание понятийного аппарата

Коэффициент поверхностного натяжения — это физическая величина, которая характеризует данную жидкость и численно равна отношению поверхностной энергии к площади свободной поверхности жидкости.

Мыльный пузырь — тонкая многослойная плёнка мыльнойводы, наполненная воздухом в виде сферы с переливчатой поверхностью.

Поверхностная энергия — это избыточная потенциальная энергия, которой обладают молекулы приповерхностного слоя, по сравнению с молекулами внутри жидкости.

Поверхностно-активные вещества(ПАВ) — химические соединения, которые, концентрируясь на поверхности разделатермодинамических фаз, вызывают снижение поверхностного натяжения.

Поверхностное натяжение — стремление жидкости сократить свою свободную поверхность, т.е. уменьшить избыток своей потенциальной энергии на границе раздела с газообразной фазой.

Сила поверхностного натяжения — сила, направленная по касательной к поверхности к жидкости, перпендикулярно участку контура, ограничивающего поверхность, в сторону ее сокращения.

Физика жидкостей (физика жидкого состояния вещества) — раздел физики, в котором изучаются механические и физические свойства жидкостей.

Физическая оптика — раздел оптики, изучающий оптические явления, выходящие за рамки изучения геометрической оптики (дифракция, интерференция света, поляризационныеэффекты, а также эффекты, связанные с распространением электромагнитных волн в нелинейных и анизотропных средах).

Основная часть.

Силы поверхностного натяжения и интерференция света в мыльных пузырях

1. Интересные факты из истории мыльных пузырей

День рождения мыльного пузыря остаётся загадкой, но известно, что при раскопках древней Помпеи археологи обнаружили фрески с изображением юных помпейцев, выдувающих мыльные пузыри. В 19 веке выпускались открытки с изображением мальчика, пускающего пузыри.Мыльные пузыри были не только детской забавой, но и объектом для размышлений философов о смысле жизни.

Интересовали они и серьёзных ученых. Объяснить природу мыльных пузырей пытались многие.Первым, кто описал влияние масла на поверхность воды был Плиниус Старший в Древнем Риме (23-79 н. э. ).Впервые понятие поверхностного натяжения ввел Я. А.Сегнер в 1752 году. В XIX в. на основе представления о поверхностном натяжении П.Лаплас,С.Пуассон, К.Гаусс и др.описали математическую теорию капиллярных явлений, аД. У. Гиббс изучил роль поверхностного натяжения в термодинамической теории поверхностных явлений.В XX веке И.Ленгмюр, П.А.Ребиндер, A.H.Фрумкнн разрабатывали методы регулирования поверхностного натяжения с помощью ПАВ и электрокапиллярных эффектов. Исследования сил поверхностного натяжения с помощью мыльных плёнок помогли изучить законы действия сил сцепления между частицами, при отсутствии которых в мире не существовало бы ничего, кроме тончайшей пыли.

Окраска мыльных пузырей натолкнула физика Томаса Юнга на открытие явления интерференции в тонких пленках и подтверждение волновой природы света.

Не оставляют равнодушными мыльные пузыри и в 21 веке, являясь одним из самых зрелищных шоу.Мыльные пузыри попали в Книгу рекордов Гиннеса. Так, в 1996 году Алан Маккей пустил мыльный пузырь длиной 32 метра, а в 1997году Фен Янг соорудил самую большую в мире стену из мыльных пузырей высотой около 48 метров и площадью 370 м². В 2007 году Сем Хист разместил в мыльном пузыре высотой 1,5 метра и шириной 3,3 метра 50 человек.

2.Физические основы мыльного пузыря

А) Механизм возникновения поверхностного натяжения в жидкостях

Жидкость, не заполняет весь объем сосуда, в который она налита, поэтому между жидкостью и газом образуется граница раздела, которая находится в «особых» условиях по сравнению с остальной массой жидкости.

Рассмотрим две молекулы A и B. Молекула A находится внутри жидкости, молекула B – на ее поверхности (рис. 1). Молекула A окружена другими молекулами жидкости равномерно, поэтому силымежмолекулярного взаимодействия, действующие на молекулу A со стороны других молекул, скомпенсированы и их равнодействующая равна нулю.

Молекула B с одной стороны окружена молекулами жидкости, а с другой стороны – молекулами газа, концентрация которых ниже, чем концентрация молекул жидкости. Так как со стороны жидкости на молекулу B действует больше молекул, чем со стороны газа, поэтому равнодействующая всех межмолекулярных сил не равна нулю и будет направлена внутрь объема жидкости. Происходит уменьшение расстояния между молекулами поверхностного слоя и их ближайшими соседями внутри жидкости. При этом между молекулами возникают силы отталкивания.

Таким образом, для того чтобы молекула из глубины жидкости попала в поверхностный слой, нужно совершить работу против не скомпенсированных межмолекулярных сил.

A =σ·ΔS.

А это означает, что молекулы приповерхностного слоя, по сравнению с молекулами внутри жидкости, обладают избыточной потенциальной энергией, которая зависит от площади поверхности. Чем больше площадь поверхности жидкости, тем больше таких молекул, которые обладают избыточной потенциальной энергией, а значит тем больше поверхностная энергия. Этот факт можно записать в виде следующего соотношения:

E_пов. =σ S

где E_пов поверхностная энергия жидкости, S — площадь свободной поверхности жидкости, σ — коэффициент поверхностного натяжения (Н/м).

Б)Коэффициент поверхностного натяжения

Коэффициент поверхностного натяжения жидкости σ зависит:

1) от природы жидкости (у «летучих жидкостей» таких, как эфир, спирт, бензин, коэффициент поверхностного натяжения меньше, чем у «нелетучих» – воды, ртути);

2) от температуры жидкости (чем выше температура, тем меньше поверхностное натяжение);

3) от свойств газа, который граничит с данной жидкостью;

4) от наличия поверхностно-активных веществ таких, как мыло или стиральный порошок, которые уменьшают поверхностное натяжение.

Коэффициент поверхностного натяженияможно определить и как модуль силы поверхностного натяжения, действующей на единицу длины контура, ограничивающего свободную поверхность жидкости:

F_пов. =σ l

Наличие сил поверхностного натяжения делает поверхность жидкости похожей на упругую растянутую пленку. Разница в том, что упругие силы в пленке зависят от площади ее поверхности, деформации, а силы поверхностного натяжения не зависят от площади поверхности жидкости.

Действием сил поверхностного натяжения можно объяснить скольжение легких насекомых, например, водомерки, по поверхности водоемов (рис.2). Лапка водомерки деформирует водную поверхность, увеличивая ее площадь, а сила поверхностного натяжения стремится уменьшить подобное изменение площади. Равнодействующая сил поверхностного натяжения будет направлена вверх, компенсируя при этом силу тяжести.

В) Естественная форма жидкости — форма сферы

Еще Галилей задумывался над вопросом: почему капли росы, которые он видел по утрам на листьях капусты, принимают шарообразную форму. Обычно сила тяжести мешает жидкости принимать эту форму, и жидкость либо растекается тонким слоем, либо же принимает форму сосуда, в котором находится.

Если на жидкость не действуют другие силы или их действие мало, жидкость будет стремиться принимать форму сферы, как, например, капля воды, мыльный пузырь. Также будет вести себя вода в невесомости.

По теореме, которая была доказана в 1869 году Л. Линделёфом, имеем: «Среди всех выпуклых многогранников трёхмерного евклидова пространства с данными направлениями граней и с данным объемом наименьшую площадь поверхности имеет многогранник, описанный вокруг шара».

Из-за действия сил поверхностного натяжения в каплях жидкости и внутри мыльных пузырей возникает избыточное давление P.

Если мысленно разрезать сферическую каплю радиуса R на две половинки, то каждая из них должна находиться в равновесии под действием сил поверхностного натяжения, приложенных к границе 2πR разреза, и сил избыточного давления, действующих на площадь πR² сечения.

Так как пленка мыльного пузыря имеет две поверхности, то избыточное давление внутри него в два раза больше.

Условие равновесия для мыльных пузырей записывается в виде: 2R = РR², где — коэффициент поверхностного натяжения.

Чтобы система находилась в равновесии, она должна иметь минимальное значение ее потенциальной энергии. Поэтому, вследствие поверхностного натяжения жидкость всегда принимает форму с минимальной поверхностью. А по теореме Линделёфа следует, что мыльный пузырь будет принимать форму сферы.

Г) Структура мыльного пузыря

Рассмотрим изменения сил поверхностного натяжения на примере пузырей.

Пузырь — пленка воды, наполненная воздухом. Пузырь можно сделать из воды и мыльных растворов воды.

Водные пузыри недолговечны и быстро лопаются из-за больших сил поверхностного натяжения –0,073 Н/м при температуре 20⁰С. Примером водных пузырей являются пузыри, образованные крупными каплями дождя. Пузыри образуются за счет поверхностного натяжения воды. Струи воды захватывают воздух и увлекают его за собой. Пузырьки воздуха оказываются под водой, которая не позволяет им вырваться наружу. Образуется воздушный пузырь, обтянутый тонкой пленкой молекул воды. Пленка воды сильно давит на воздух и сжимает его. Сжатый воздух сопротивляется и прорывает пленку. Пузырь лопается.

Наличие примесей в жидкости приводит к изменению сил поверхностного натяжения. При растворении сахара в воде поверхностное натяжение увеличивается. А вот поверхностное натяжение мыльного раствора меньше, чем воды.

Плёнка мыльного пузыря состоит из трех слоев: тонкого слоя воды, заключенного между двумя слоями молекул мыла. Эти слои состоят из двух частей, защищающих воду от быстрого испарения, а также уменьшающие поверхность натяжения.

Для устойчивого равновесия пленки силы поверхностного натяжения увеличиваются с высотой. Чем выше участок пленки, тем большую массу пленки внизу ему приходится удерживать. Молекулы мыла расположены упорядоченно и перпендикулярно водной поверхности, так что напоминают «частокол». Мыльная пленка имеет два таких «частокола». При раздувании она растягивается, плотность молекул поверхностно-активного вещества на поверхности уменьшается, но тут же стремится восстановиться благодаря «притоку» все новых молекул из объема пленки. Когда мыльная пленка растягивается, концентрация мыльных молекул на поверхности уменьшается, уменьшая при этом поверхностное натяжение раствора мыладо0,040 Н/м при температуре 20⁰С.

Толщина стенки мыльного пузыря в 5000 раз меньше толщины волос. При увеличениив 40 000 раз человеческий волос имеет толщину свыше 2 м, мыльный пузырь будет виден в виде тонкой линии.

Кроме этого, коэффициент поверхностного натяжения уменьшается с ростом температуры, а поэтомумыльный пузырьраздувается, попадая из холодной комнаты в теплую, и наоборот. Причина кроется в сжатии и расширении воздуха, заключенного внутри пузыря. Если, например, на морозе в –15 ⁰С объем пузыря равен 1000 см³ и он с мороза попал в помещение + 15 ⁰С, то он должен увеличится в объеме примерно на 110 см³. (1000 · 30 · 1/273 = 110см³)

Д) Радужная окраска мыльного пузыря

Мыльные пузыри окрашиваются в цвета радуги. Переливчатые «радужные» картинки мыльных пузырей объясняются интерференцией света и зависят от толщины мыльной плёнки.

Когда луч света падает на тонкую плёнку пузыря, часть луча отражается от внешней поверхности пузыря, а часть проникает внутрь плёнки и отражается от внутренней поверхности. Таким образом, образуются два отраженных луча, которые складываются по правилам интерференции: некоторые волны складываются в фазе, а другие в противофазе, и в результате белый свет, сталкивающийся с плёнкой, отражается с оттенком, зависящим от толщины плёнки.

Из-за испарения водыплёнка становится тоньше, поэтому происходит изменение цвета пузыря. Толщина пузыря постоянно меняется из-за гравитации, которая стягивает жидкость в нижнюю часть так, что обычно можно наблюдать полосы различного цвета, которые движутся сверху вниз. Более толстая плёнка пузыря имеет оттенок сине-зелёногоотражённогосвета. Более тонкая плёнка убирает жёлтый, оставляя синий свет, потом – зелёный, оставляя пурпурный, и затем – синий, оставляя золотисто-жёлтый. Когда стенка пузыря становится тоньше, чем длина волны видимого света, все отражающиеся волны видимого света будут складываться в противофазе, и мы перестаем видеть отражение совсем (на тёмном фоне эта часть пузыря выглядит «чёрным пятном»). Толщина стенки мыльного пузыря при этом становится меньше 25 нм, и пузырь лопается.

Эффект интерференции зависит еще и от угла, под которым луч света падает на плёнку пузыря.

4. Результаты исследования и их анализ

А)Подтверждение теоретических знаний результатами опытов

Цель исследования: структуру, форму, радужную окраску, время «жизни» мыльного пузыря, объяснить результаты опытов, основываясь на свойствах сил поверхностного натяжения, их зависимости от состава раствора жидкости, интерференции света в тонких пленках.

Оборудование: петли разной формы, вода, мыльный раствор, плоские и объемные фигуры из проволоки

Ход работы:

№	Теоретическая основа, утверждение	Доказательство	Вывод
1.	По теореме Линделёфа мыльный пузырь будет принимать форму сферы.	Приложение 1	Утверждение верно. При выдувании пузыря с помощью проволоки любой формы пузырь приобретает форму сферы.
2.	Чтобы система находилась в равновесии, она должна иметь минимальное значение ее потенциальной энергии, поэтому жидкость принимает форму с минимальной поверхностью	Приложение 2	Утверждение верно. Жидкость сокращает свою поверхность и натягивает нить на проволоке
3.	Водные пузыри недолговечны и быстро лопаются	Приложение 3	Утверждение верно. Время жизни водной пленки измерить с помощью секундомера не удалось из-за кратковременности его существования
4.	Наличие примесей в жидкости приводит к изменению сил поверхностного натяжения	Приложение 4,5	Утверждение верно. Изменилось время жизни мыльной пленкии размеры мыльного пузыря, а значит, уменьшилась сила поверхностного натяжения
5.	Толщина пузыря постоянно меняется из-за гравитации, которая стягивает жидкость в нижнюю часть так, что можно наблюдать полосы различного цвета, которые движутся сверху вниз.	Приложение 6	Утверждение верно. С течением времени интерференционная полоса опускается вниз, жидкость скапливается в нижней точке петли и под действием силы тяжести падает вниз
6	Переливчатые «радужные» картинки мыльных пузырей объясняются интерференцией света и зависят от толщины мыльной плёнки	Приложение 7	Утверждение верно. Пленка разной толщины дает разную интерференционную картинку.

Б) Создание пузырей – гигантов.

Цель работы: получить качественный раствор для получения мыльных пузырей больших размеров

Оборудование: Вода – 200 г., жидкость для мытья посуды – 100г., глицерин 100г., петля диаметром 20 см.

Ход работы: 1. Смешиваем воду, жидкость для мытья посуды, глицерин. Полученную смесь выливаем в плоскую посуду.

2.Самодельную петлю опускаем в плоскую посуду и резко поднимаем ее вверх. Получаются вот такие пузыри – гиганты.

Вывод: качество мыльных пузырей напрямую зависит от количества вводимого глицерина.

Заключение

Целью данной исследовательской работы было изучить и объяснить структуру, форму, радужную окраску, время «жизни» мыльного пузыря, основываясь на свойствах сил поверхностного натяжения, их зависимости от состава раствора жидкости, интерференции света в тонких пленках.

Для достижения цели нами были решены поставленные задачи. Мы изучили литературу по данной тематике, провели сравнительный анализ, выяснили, как описывается мыльный пузырь с точки зрения физики.

Результаты работы по теме показали, что

— структуру, форму, размеры, время «жизни» мыльного пузыря можно объяснить с помощьюповерхностного натяжения жидкости;

— радужную окраску объясняет интерференция света в тонких пленках;

— появиласьпотребность изучать и объяснять явления природы с помощью законов физики.

Полученные выводы подтверждают нашу гипотезу. Мыльный пузырь – это не только красиво и увлекательно, но и интересно.

Библиография

1. Вернон Бойс Чарльз «Мыльные пузыри», М: Вузовская книга, 2014г.

2. «Интерференция в тонких пленках», http://ens.tpu.ru/POSOBIE_FIS_KUSN/

3. «Лиловый, красный, синий, зеленый, желтый цвет», http://pandia.ru/text/80/069/42312-5.php

4. «Поверхностное натяжение», http://help-in-health.ru/

5. «Поверхностное натяжение мыльного пузыря», http://www.microarticles.ru/article/natjazhenie-milnogo.html

6. «Почему мыльный пузырь имеет форму сферы?» http://www.afizika.ru/svojstvazhidkostejgazov/95-estestvennayaformazhidkosti

7. «Теория поверхностного натяжения», http://worldofschool.ru/

8. «Состав для мыльных пузырей», http://www.happy-kids.ru/page.php?id=426

Приложение 1.

Результаты опытов, доказывающие теорему Л. Линделёфа

Приложение 2.

Результаты опытов, доказывающие минимизацию поверхности жидкости,

полученные с помощью проволочных фигур

Приложение 3

Результаты опытов, подтверждающие недолговечность водных пузырей

Приложение 4

Изменение времени «жизни» мыльной пленки в зависимости от состава жидкости

№	Состав раствора	Объем вводимого глицерина, см3	«Среднее время жизни» мыльного пузыря, с
1	Вода – 100 см3, моющее средство – 25 см3	0	7,82
2	Вода – 100 см3, моющее средство – 50 см3	0	8,27
3	Вода – 100 см3, сахар – 2 ч.л., моющее средство – 50 см3	0	9,21
4	Вода – 100 см3, сахар – 2 ч.л., моющее средство – 50 см3	25	11,34
5	Вода – 100 см3, сахар – 2 ч.л., моющее средство – 50 см3	50	12,25

Приложение 5

Изменения размеров мыльного пузыря в зависимости от состава жидкости

Приложение 6

Движение полосы синего цвета вниз под действием сил гравитации

Приложение 7

Зависимость цвета мыльной пленки от ее толщины

Просмотров работы: 9418

Министерство образования Российской Федерации

МОАУ гимназия № 25

Исследовательская работа:

Всё или почти всё о мыльном пузыре

                Работу выполнила ученица10 класса

Трофимова Ольга

Руководитель: учитель физики

Хабарова Ольга Николаевна

Благовещенск 2013 год.

Содержание

Введение

Цель

Задачи

Гипотеза

I Теоретическая часть

1.Коэффициент поверхностного натяжения                                        стр.4

1.1 Поверхностное натяжение                                                        стр.4

1.2Коэффициент пропорциональности                                                 стр.4

1.3 Проявление поверхностного натяжения                                        стр.4

1.4 Способы определения поверхностного натяжения                                стр.4

1.5 Использование в производстве                                                        стр.5

2.  Все или почти все о мыльном пузыре.                                         

2.1 Что являет собой мыльный пузырь                                                стр.5        

2.2 Почему мыльный пузырь имеет форму сферы?                                стр.6

2.3 Интерференция света в мыльной пленке                                        стр.6

II Экспериментальная часть

Методика приготовления мыльных растворов                                        стр.7

Методика определения коэффициента поверхностного натяжения                стр.7

1 Опыт № 1Определение коэффициента поверхностного натяжения растворов моющих средств                                                                                стр.8

2 Опыт № 2Зависимость коэффициента поверхностного натяжения от температуры                                                                                                стр.9

3 Опыт № 3Определение «времени жизни» и размера мыльных пузырей в зависимости от коэффициента поверхностного натяжения                                        стр.12

 4  Опыт № 4 Существование мыльного пузыря при низкой

температуре                                                                        стр.12

III Заключение                                                                        стр.13

IV Литература                                                                

Введение

Почему мы выбрали эту тему?

Тема мыльных пузырей раскрывает перед исследователем огромный спектр возможных работ и опытов с точки зрения физики. Изучение многих из свойств пузырей является наглядным пособием для описания таких явлений, как интерференция, поверхностное натяжение и многие другие.

Пусть тема и кажется на первый взгляд не актуальной и не имеющей применения в современной жизни, мы смело можем возразить на это, сказав,что, во-первых  —  саморазвитие никогда не потеряет своей актуальности в глазах юных исследователей, а во-вторых  —  данная тема является по истине интересной и увлекательной, тем самым упрощая для нашего понимания сложные законы физики.К тому же на сегодняшний день шоу мыльных пузырей являются востребованными среди людей из разных возрастных категорий.Эта забава известна с давних времён и привлекает как детей, так и взрослых. Например, при раскопках известного города Помпеи были найдены фрески с изображением детей, выдувающих мыльные пузыри.Раствор для мыльных пузырей можно купить в магазине или приготовить самостоятельно. Еще в детстве мы не раз пытались приготовить такой раствор, тратя кучу шампуней, порошков и других моющих средств, способных пениться. Но не всегда результат нас радовал: зачастую пузыри получались невзрачными, маленькими и совсем недолговечными.Собственно говоря, эти воспоминания и подтолкнули нас на то, чтоб сделать это темой исследовательской работы. Её целью стало исследование физических свойств жидкости и выявление оптимальной комбинации её составляющих  для мыльных пузырей. По ходу исследования мы будем раскрывать ранее известные нам физические законы экспериментальным путем, фиксируя каждое новое открытие и постепенно приближаясь к ответу на главный ,интересующий нас и многих других детей и взрослых, вопрос.

Не только мы сочли данную тему интересной для рассмотрения.

Более ста лет тому назад Чарльз Бойс опубликовал фундаментальный труд «Мыльные пузыри», который по сей день остается настольным пособием для физиков-теоретиков и экспериментаторов. Поэтому целью нашей работы является:

«Исследование коэффициента поверхностного натяжения посредством рассмотрения свойств мыльных пузырей»

Для этого мы должны решить следующие задачи:

1. Изучить литературу по теме исследования
2. Экспериментальным путем определить коэффициент поверхностного натяжения для различных растворов моющих средств
3. Экспериментальным путем исследовать зависимость коэффициента поверхностного натяжения от температуры
4. Экспериментально определить «время жизни» и размер мыльных пузырей в зависимости от коэффициента поверхностного натяжения
5. Определить, может ли мыльный пузырь существовать при минусовой температуре

ГИПОТЕЗА:

Предположим, что размеры и  «время жизни» мыльного пузыря зависят от  коэффициента поверхностного натяжения мыльных растворов.

«Выдуйте мыльный пузырь и смотрите на него: вы можете заниматься всю жизнь его изучением, не переставая извлекать из него уроки физики.»

Л.Кельвин              

I Теоретическая часть.

1Поверхностное натяжение — это сила, действующая на единицу длины линии, которая ограничивает поверхность жидкости. Сила поверхностного натяжения направлена по касательной к поверхности жидкости, перпендикулярно к участку контура, на который она действует и пропорциональна длине этого участка. Иначе говоря, на границу, где свободная поверхность жидкости граничит с твердым телом (со стенкой сосуда, например) или другой жидкостью, действует сила поверхностного натяжения.Причина её возникновения та же, что и при возникновении поверхностной «пленки» жидкости — притяжение внутренних молекул.С увеличением температуры величина поверхностного натяжения уменьшается и равна нулю при критической температуре. Наиболее известная эмпирическая зависимость поверхностного натяжения от температуры была предложена ЛорандомЭтвёшом, так называемое правило Этвёша (англ.). В настоящее время получен вывод теоретической зависимости поверхностного натяжения от температуры в области до критических температур, подтверждающей правилоЭтвёша.[1]

1.2 Коэффициент пропорциональности  — сила, приходящаяся на единицу длины контура — называется коэффициентом поверхностного натяжения. Он измеряется в ньютонах на метр. Но более правильно дать определение поверхностному натяжению, как энергии (Дж) на разрыв единицы поверхности (м²). В этом случае появляется ясный физический смысл понятия поверхностного натяжения.[1]

1.3 Проявление.Поверхностное натяжение может быть на границе газообразных, жидких и твёрдых тел. Обычно имеется в виду поверхностное натяжение жидких тел на границе «жидкость — газ».

Так как появление поверхности жидкости требует совершения работы, каждая среда «стремится» уменьшить площадь своей поверхности: в невесомости капля принимает сферическую форму, струя воды «слипается» в цилиндр. Некоторые насекомые способны передвигаться по воде, удерживаясь на её поверхности за счёт сил поверхностного натяжения. На многих поверхностях, именуемых несмачиваемыми, вода (или другая жидкость) собирается в капли.[7]

1.4 Способы определения поверхностного натяжения делятся на статические и динамические.

Статические методы:

1. Метод поднятия в капилляре
2. Метод Вильгельми
3. Метод лежачей капли
4. Метод определения по форме висячей капли.
5. Метод вращающейся капли

Динамические методы:

1. Метод дюНуи (метод отрыва кольца).
2. Сталагмометрический, или метод счета капель.
3. Метод максимального давления пузырька.
4. Метод осциллирующей струи
5. Метод стоячих волн
6. Метод бегущих волн[2]
7. 1.5 Использование в производстве.

Как извлечь из массы добытой горной породы рассеянные в ней мелкие зернышки «вкрапленной» руды? Это было труднейшей задачей горных техников, вставшей перед ними в конце прошлого века. Истощались богатые жильные залежи медных, свинцовых и цинковых руд. Все большее внимание привлекали к себе бедные «вкрапленные» руды. В них заключались огромные запасы металла. Некоторые же «редкие» металлы, как, например, ванадий, цирконий, ниобий и другие, вовсе не образовали крупных скоплений. Их можно добыть только из месторождений «вкрапленных» руд. Случай помог открыть замечательный способ механически извлекать из массы «пустой» горной породы мельчайшие зернышки руд. Рассказывают, будто шахтеры заметили, что при стирке их одежды с мыльной пеной выносилась рудная пыль. Песчинки же пустой руды осаждались на дно корыта. Это наблюдение и навело на мысль, как можно «обогащать» руду, то есть извлекать ее зернышки из рудоносной горной породы. Добытую горную породу дробят и размалывают в мелкий порошок. При этом рудные зернышки освобождаются из горной породы, превращающейся в песок. Смесь рудных зерен с песком разбалтывают в ящике с водой, к которой примешивают сосновое масло и другие вещества, называемые «реагентами». При взбалтывании воды лопастями, вращающимися в ящике флотационного аппарата, или вдувании под давлением воздуха образуется обильная пена, поднимающаяся на поверхность. Вместе с пеной увлекаются рудные зернышки и пылинки, а песок пустой породы опускается на дно ящика. Пену собирают, высушивают и получают рудный «концентрат» с большим процентным содержанием металла. Песок же уносится из ящика водой в реку. Для извлечения большей части рудных зерен нужна очень обильная пена из устойчивых пузырьков. Воздушные пузырьки в чистой воде не могли бы вынести рудные зернышки на ее поверхность, потому что они быстро лопаются. Чтобы получить устойчивую пену, и прибавляются в воду реагенты. Кроме того, эти вещества обволакивают рудные зерна, делая их поверхность несмачиваемой водой. Рудные зерна прилипают к пузырькам и поднимаются с ними, как воздухоплаватели на воздушных шарах за счет поверхностного натяжения.

Итак, изучив понятие «поверхностное натяжения» мы пришли к выводу, что наиболее подходящим объектом для наглядногорассмотрения его свойств является мыльный пузырь[7]}

1. Что являет собой мыльный пузырь?

2.1 Мыльный пузырь — тонкая плёнка мыльной воды, которая формирует сферу с переливчатой поверхностью. Мыльные пузыри обычно недолговечны, существуют лишь несколько секунд и лопаются при прикосновении или самопроизвольно.[1]

1. Почему мыльный пузырь имеет форму сферы?

За счет поверхностного натяжения.Поверхность любой жидкости имеет некоторое поверхностное натяжение. Именно оно делает поведение поверхности жидкости похожим на поведение эластичной (например, резиновой) плёнки. Иными словами, поверхностное натяжение — это сила, действующая на единицу длины линии, которая ограничивает поверхность жидкости. Сила поверхностного натяжения определяется по формуле:

F= 2σπR,

где σ  — коэффициент поверхностного натяжения.

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 уменьшает поверхностное натяжение чистой воды.

Следовательно, больший мыльный пузырь будет выдуваться из раствора, чей коэффициент поверхностного натяжения будет являться наименьшим.

Силы натяжения формируют сферу потому, что сфера имеет наименьшую площадь поверхности при данном объёме. Из-за того-же натяжения мыльный пузырь всегда стремится минимизировать свою площадь поверхности. Таким образом, оптимальная форма отдельного мыльного пузыря — это сфера.Эта форма может быть существенно искажена потоками воздуха и самим процессом надувания пузыря. Однако,если оставить пузырь плавать в воздухе, его форма очень скоро станет близкой к сферической.[4]

1. Интерференция света в мыльной пленке

Переливчатые «радужные» цвета мыльных пузырей получаются за счёт интерференции световых волн.Интерференция присуща волнам любой природы. В свою очередь интерференцией света называют сложение двух световых когерентных волн, вследствие которого можно наблюдать усиление или ослабление световых колебаний в различных точках пространства.В физике когерентностью называется согласованность нескольких колебательных или волновых процессов во времени, проявляющаяся при их сложении. Колебания когерентны, если разность их фаз постоянна во времени и при сложении колебаний получается колебание той же частоты.Когерентность волны означает, что в различных точках волны  разность фаз между двумя точками не зависит от времени. Отсутствие когерентности, следовательно — ситуация, когда разность фаз между двумя точками не постоянна, а меняется со временем.Данная тема изучается лишь в 11 классе, но мы решили углубиться в этот материал и включить его в свою работу, т.к. интерференция света является одним из важнейших свойств мыльной пленки.[2]

IIЭкспериментальная часть

Для того, чтобы провести экспериментальную часть нашей исследовательской работы, нам нужно было для начала приготовить разныемыльные растворы для исследования зависимости коэффициента поверхностного натяжения от состава растворов.

Методика приготовления мыльных растворов:

Для исследования используется три вида растворов:  

1.С добавлением шампуня

2.С добавлением средства для мытья посуды

3.С добавлением хозяйственного мыла.

В состав раствора входят:

Дистиллированная вода (20 градусов по Цельсию) (600 мл)

Глицерин (100 мл)

Один из трех вышеуказанных компонентов (150 мл)

(Приложение № 1)

Методика определения коэффициента поверхностного натяжения:

К ёмкости с мыльным раствором мы прикрепили капельницу. Сделали мы это для того, чтоб получить необходимые данные для определения коэффициента поверхностного натяжения.

Метод счета капель считается самым простым способом измерения поверхностного. В основе расчетов лежит закон, согласно которому вес капли, отрывающейся от пипетки, пропорционален поверхностному натяжению жидкости ( σ ) и радиусу пипетки (R) , т.е.

m=2πRσ /g , где        

g — ускорение свободного падения;

m — масса капли исследуемой жидкости.

Процесс измерений прост и состоит их двух этапов. На первом этапе определяется радиус пипетки (сталагмометра). Величина радиуса вычисляется по результатам измерения весакапли. Для измерения радиуса не используются какие-либо дополнительные измерительные инструменты, такие как микрометр, поскольку величина радиуса в формуле лишь приближенно отражает действительные размеры используемой пипетки.

Второй этап состоит в том, что из пипетки выдавливается несколько капель (в моем случае 40 капель) исследуемой жидкости в посуду для взвешивания. Первая капля не должна попасть в число взвешиваемых. Далее взвешиванием на весах определяется общий вес капель.

Важным является процесс формирования отдельной капли. Формировать каплю быстро недопустимо, так как результат последующего измерения будет недостоверен из-за того, что сила инерции поступающей жидкости оторвет каплю раньше времени. Медленно же формировать каплю не рационально. Обычно поступают следующим образом: каплю формируют быстро, но на последней стадии формирования (до ее отрыва от пипетки) замедляют процесс. Капля должна оторваться при очень медленном поступлении жидкости.[7]

Опыт 1

Определение коэффициента поверхностного натяжения растворов моющих средств.

Цель: Экспериментально доказать,что коэффициент поверхностного натяжения от состава раствора (метод сталагмометрический)

Оборудование: Растворы моющих средств(средство для мытья посуды,шампунь,хоз.мыло), приготовленные по специальной методике, химические стаканы по 50 мл, капельница, весы, разновесы, штангенциркуль, штатив.

Для того, чтобы начать эксперимент, необходимо приготовить мыльные растворы. Изучив статьи из сети «Интернет» и проанализировав комментарии, оставленные интернет-пользователями, мы разработали собственную методику, которую и применяли для всех экспериментальных работ далее.

Порядок выполнения опыта:

1. Приготовить растворы моющих средств по методике(при температуре 20 градусов по Цельсию);
2. Собрать установку,состоящую из ёмкости сраствором моющего средства и капельницы;
3. Отрегулировать капельницу;
4. Измерить массу химического стакана;
5. Определить массу 40 капель раствора;
6. Рассчитать массу одной капли по формуле:        
7. Рассчитать коэффициент поверхностного натяжения по формуле F = g 2σπR = gσ = , где D = 2R – диаметр капельницы.
8. Результаты измерений занести в таблицу:
9. Фотоотчет по опыту (Приложение № 2)

        Таблица № 1

№	Название раствора	Масса хим. стакана	Масса стакана с раствором	Диаметр капель ницы	Масса раствора	Масса одной капли	σ н/м
1	Pantine	30,3*	31,5*	2*	1,23*	0,0308*	49*
2	AOS	30,3*	31,66*	2*	1,36*	0,0339*	54*
3	Мыло	30,3*	31,4*	2*	1,108*	0,0276*	44*

Данные мы занесли в таблицу и по ранее упомянутой формуле вычислили коэффициент поверхностного натяжения для каждой из исследуемых жидкостей.

Вывод:У раствора № 2 коэффициент поверхностного натяжения наибольший, а у № 3 – наименьший. Это связанно с вязкостью растворов. Таким образом, мы выяснили, что у раствора из хозяйственного мыла наибольшая вязкость.

Опыт 2

Зависимость коэффициента поверхностного натяжения от температуры.

        Цель:Убедиться в том,что коэффициент поверхностного натяжения растворов зависит от температуры.

        Оборудование: термометр, растворы моющих средств, приготовленные по специальной методике, установка для счета капель, весы, разновесы, спиртовка.

        Порядок выполнения работы:

1. Приготовить раствор моющих средств с использованием воды разной температуры (200 С , 400 С, 600 С);
2. Используя метод отрыва капель вычислить массу капель;
3. По ранее упомянутой схеме вычислить коэффициент поверхностного натяжения каждого раствора;
4. Результаты занести в таблицу:

Таблица № 2:

№	Растворс добавлением:		Масса 40 капель	Масса одной капли кг.	Диаметр м	σ н/м
1	Pantеne	20			2*
		40
		60
2	AOS	20		339*
		40
		60	1,29*
3	Мыло хозяйственное	20	1,105*
		40
		60

Используя метод отрыва капель, описанный в предыдущем опыте, мы рассчитали коэффициенты поверхностного натяжения все тех-же мыльных растворов, но на этот раз при разных температурах. Для нагревания растворов до нужной температуры мы использовали спиртовку.

Вывод: С увеличением температуры раствора коэффициент поверхностного натяжения уменьшается, так как изменяется вязкость растворов.

Опыт 3

Определение «времени жизни» и размера мыльных пузырей в зависимости от коэффициента поверхностного натяжения

Цель: Убедиться в том, что размеры мыльных пузырей зависят от состава раствора

Оборудование: химические стаканы, растворы, соломинки.

Порядок выполнения опыта:

1. Выдуть мыльный пузырь из растворов 1, 2, 3(Приложение № 3);
2. Сравнить размеры и время жизни мыльных пузырей;
3. Сопоставить результаты данного эксперимента с результатами экспериментов, проведенных ранее

Таблица № 3

Раствор с добавлением:	Диаметр мыльного пузыря (см)	«Время жизни» мыльного пузыря (с)
Pantene	7	32
AOS	10	38
Хозяйственное мыло	25	45

Вывод: Из раствора №3  выдуваются пузыри большего диаметра и «время жизни» пузырей из него наибольшее. Это связанно с вязкостью раствора.

Опыт 4

Существование мыльного пузыря при низкой температуре.

Цель: убедиться в том, что мыльный пузырь может существовать при низкой температуре.

Оборудование: раствор № 3(с добавлением хозяйственного мыла), трубка.

Заинтересовавшись поведением мыльного пузыря в условиях минусовой температуры, мы решили провести эксперимент. В предлагающейся с данной исследовательской работой презентациимы разместили видео с этимопытом.Для этого эксперимента мы использовали раствор под номером 3 (приготовлен из хозяйственного мыла), так как из ранее проведенных опытов выяснили, что он более остальных подходит для выдувания пузырей.

Зафиксировав температуру на улице ( —С ), мы выдули несколько пузырей и дождались начала и окончания процесса кристаллизации поверхности мыльного пузыря.Процесс этот довольно увлекателен, так как по мере замерзания на пузыре образуются красивейшие ледяные рисунки.Немного отступив от темы, уместным будет упомянуть следующий факт:когда облако образуется при очень низкой температуре, вместо дождевых капель пары воды сгущаются в крошечные иголочки льда; иголочки слипаются вместе, и на землю падает снег. Хлопья снега состоят из маленьких кристалликов, расположенных в форме звездочек удивительной правильности и разнообразия. Каждая звездочка делится на три, на шесть, на двенадцать частей, симметрично расположенных вокруг одной оси или точки. А для того, чтоб это пронаблюдать стоит лишь в сильный мороз выйти из дома и выдуть мыльный пузырь. Тотчас же в тонкой плёнке воды появятся ледяные иголочки; они будут на глазах собираться в чудесные снежные узоры.Сопоставив свои наблюдения с изученной литературой, мы выяснили:Если надуть пузырь при температуре −15 °C, 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.При температуре −25 °C пузыри замерзают в воздухе и могут разбиться при ударе о землю. Если при такой температуре надуть пузырь тёплым воздухом, то он замёрзнет почти в идеальной сферической форме, но по мере того, как воздух будет охлаждаться и уменьшаться в объёме, пузырь может частично разрушиться, и его форма будет искажена. Пузыри, надутые при такой температуре, всегда будут небольшими, так как они будут быстро замерзать, и если продолжать их надувать — они лопнут.

Вывод: При низкой температуре мыльный пузырь покрывается тончайшей ледяной корочкой и разбивается, падая на землю.

Заключение

 Изучив литературу и проделав опыты, мы убедились в том, что

1. Коэффициент поверхностного натяжения действительно зависит от состава раствора.

1. Размер и «время жизни» мыльного пузыря определяет коэффициент его поверхностного натяжения, который, в свою очередь, напрямую связан с температурой мыльного раствора.
2. Более вязкий раствор имеет меньший коэффициент поверхностного натяжения и мыльный пузырь, выдутый из этого раствора, имеет большее «время жизни» и больший диаметр.
3. Мыльный пузырь способен выдерживать низкие температуры, при этом он замерзает. На его поверхности начинается процесс кристаллизации, превращающий его в ледяную сферу.

Таким образом, мы подтвердили свою гипотезу о том, что размер и «время жизни» мыльного пузыря зависят от коэффициента поверхностного натяжения.

Изучив результаты данной исследовательской работы, каждый желающий может самостоятельно организовать шоу мыльных пузырей, которые в настоящее время пользуются большой популярностью. Так же это работой вполне могут воспользоваться преподаватели школ и других образовательных учреждений с целью наглядно показать и описать многие из физических свойств, так как физические законы, представленные напримере мыльных пузырей, по моему мнению, гораздо более доступны для восприятия, чем научные формулировки.

Литература

1. http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D1%8B%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%BF%D1%83%D0%B7%D1%8B%D1%80%D1%8C
2. http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%BE%D0%B2%D0%B5%D1%80%D1%85%D0%BD%D0%BE%D1%81%D1%82%D0%BD%D0%BE%D0%B5_%D0%BD%D0%B0%D1%82%D1%8F%D0%B6%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5
3. http://bubble-show.ru/ru/milnie_puziri/
4. http://afizika.ru/svojstvazhidkostejgazov/103-milniepuziri
5. http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%98%D0%BD%D1%82%D0%B5%D1%80%D1%84%D0%B5%D1%80%D0%B5%D0%BD%D1%86%D0%B8%D1%8F
6. http://www.stroitelstvo-new.ru/tehnika/zagadka-flotacii.shtml
7. журнал «Квант»

Приложение № 1

Приложение № 2

Приложение № 3

В прошлом году журнал опубликовал заметку «Домашний монгольфьер» (см. «Наука и жизнь № 6, 2001 г.), перепечатанную из журнала «Наука и жизнь» за 1892 год. В заметке рассказывалось о том, как получить мыльный пузырь большого диаметра, наполнить его теплым воздухом и прикрепить к нему «пассажира» — бумажную фигурку. Там же было помещено обращение к любителям науки с предложением провести анализ современных моющих средств, позволяющих получить пузырь максимального размера с наибольшим временем жизни, и придумать способ определения коэффициента поверхностного натяжения мыльной пленки. Эту работу провел ученик восьмого класса Московского центра образования
№ 1862 Дмитрий Завьялов. Публикуем его отчет о проделанных экспериментах.

Я занимаюсь в физическом кружке «Маленькие Находчивые» под руководством преподавателя физики Галины Федоровны Туркиной (см. «Наука и жизнь» № 1, 2002 г.). Прочитав в журнале статью о мыльных пузырях, я заинтересовался заданием и решил провести некоторые опыты. Галина Федоровна поддержала идею и подсказала мне некоторые пути к достижению цели. Для определения прочности мыльных пузырей (поверхностного натяжения) я использовал весы чашечные (бытовые), набор разновесов (гирьки), песок, нитки, пластилин, небольшой кусок проволоки, а также растворы жидкостей для мытья посуды разной концентрации.

Сначала я попробовал сделать состав, описанный в журнале, но из него пузыри почти не выдувались. Я считаю, что раньше, 100 лет тому назад, было другое мыло, поэтому сейчас этот раствор малоэффективен. Гораздо лучше показали себя современные моющие средства, особенно «Fairy» и «Е». Они дали наилучшие результаты, примерно одинаковые, но «Fairy» в нескольких опытах обошел «Е». Для своих опытов я использовал простую и дистиллированную воду и получил результаты, представленные в таблице

Из этого примера видно, что использовать дистиллированную воду гораздо эффективнее, чем обычную.

Теперь подробнее расскажу о способе измерения поверхностного натяжения в мыльной пленке. Нужно сначала закрепить весы, а затем взять проволочку и согнуть ее в двух местах, одинаково удаленных от концов. После этого к центру проволочки прикрепим ниточку, к другому концу нитки — кусочек пластилина. Пластилин (вместе с ниткой и проволочкой) прилепим к одной чаше весов, после чего весы уравновесим. Дальше раствор моющей жидкости поместим под чашей весов с проволочкой так, чтобы проволочка полностью погрузилась в раствор. Потом еще раз все уравновесим и понемногу начнем подсыпать песок в противоположную чашу весов. Как только мыльная пленка на проволочке лопнет, перестанем сыпать песок. После этого взвесим песок и по формуле σ=mg/21 найдем поверхностное натяжение (в единицах ньютон/метр), величина которого и определяет прочность мыльного пузыря. А что же касается жизни мыльного пузыря, то все зависит от концентрации раствора — от нескольких секунд до минут! Состав воды тоже влияет на время жизни: например, из соленой воды с моющей жидкостью ничего не выдуешь, а при добавлении глицерина в пресную воду пузыри получаются большие. Мы в кружке попробовали замораживать мыльные пузыри, и эффект превзошел все ожидания. Пузыри покрывались узорами и при прикосновении распадались на половинки. Удивительное зрелище! В этом опыте мы выдували мыльные пузыри на небольшой лоток и просто ставили его на мороз. Советую и вам попробовать!

22

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ

Ханты-Мансийский автономный округ — Югра (Тюменская область)

город Нижневартовск

Научно-исследовательская работа
на VII городской Слёт
научных обществ обучающихся образовательных учреждений города Нижневартовска Секция «Физика и познание мира»

«Изучение сил поверхностного натяжения с помощью мыльных пузырей и Антипузырей. Опыты с мыльными пузырями»

Автор:	Васина Юлия 10Б класс Муниципальная общеобразовательная средняя школа №3
Руководитель:	Кощеева Ольга Николаевна, учитель физики Муниципальная общеобразовательная средняя школа №3

2011 год

«Изучение сил поверхностного натяжения с помощью мыльных пузырей и Антипузырей. Опыты с мыльными пузырями»

Васина Юлия

Ханты-Мансийский автономный округ-Югра (Тюменская область)

город Нижневартовск

Муниципальная общеобразовательная средняя школа № 3
10Б класс

АННОТАЦИЯ

В данной работе мною исследованы силы поверхностного натяжения с помощью мыльных пузырей и Антипузырей. Проект состоит из трех частей: введения, основной части и заключения. Мною поставлена цель и определены задачи. Цель данной работы: исследование сил поверхностного натяжения с помощью мыльных пузырей и Антипузырей. Я выдвинула следующую гипотезу: на основе изучения мыльных пузырей можно познакомиться с явлениями интерференции, силами поверхностного натяжения.

Для достижения целей и подтверждения гипотезы использовала следующие методы: поисковый, эвристический, исследовательский, анализа и сравнения, систематизации и обобщения, доказательства или опровержения гипотезы, планирование исследования, оформление результатов проведенного исследования.

Мною поставлены три эксперимента, с помощью которых я доказала существование поверхностного натяжения пленки пузыря и давления внутри пузыря, создаваемого поверхностным натяжением мыльной пленки.

Итоги небольшого исследования отражены в заключении. Работа имеет практическую направленность.

«Изучение сил поверхностного натяжения с помощью мыльных пузырей и Антипузырей. Опыты с мыльными пузырями»

Васина Юлия

Ханты-Мансийский автономный округ-Югра (Тюменская область)

город Нижневартовск

Муниципальная общеобразовательная средняя школа № 3
10Б класс

ПЛАН ИССЛЕДОВАНИЯ

№	Проблема или вопрос, подлежащий исследованию, гипотеза	Описание метода исследования	Библиография
1	Мыльные пузыри. Основные понятия.	Проблемно -поисковый метод. Поиск и добыча информации по данному вопросу, работа с источниками, дополнительной литературой, систематизация полученной информации.	1.Гегузин Я.Е. Пузыри – М.: Наука, 1985. «Наука и жизнь», №2, 1982. 2.Учебник для 11 класс средней школы Н.М. Шахмаев… Изд 2-е Москва «Прсвещение» 1993г. 3. Физический энциклопедический словарь. Гл. ред. А. М.
2	Интерференция и отражения	Поисковый, исследовательский, систематизации и обобщения, выдвижение гипотезы, доказательства или опровержения гипотезы. Данные методы заключаются в поиске информации, ее систематизации, выделении ключевых слов.	1.Учебник для 11 класс средней школы Н.М. Шахмаев… Изд 2-е Москва «Прсвещение» 1993г. 2. Физический энциклопедический словарь. Гл. ред. А. М.
3	Математические свойства мыльных пузырей	Поисковый, исследовательский, систематизации и обобщения, выдвижение гипотезы, доказательства или опровержения гипотезы. Данные методы заключаются в поиске информации, ее систематизации, выделении ключевых слов.	1.Павлов-Веревкин Б.С. Мыльные антипузыри. «Химия и жизнь» №11, 1966. 2.Прохоров. Изд. «Советская энциклопедия», 1983 Я. И. Перельман «Занимательная физика» Книга 1 3.Справочное пособие по физике . Авт.-сост. И. Е. Гусев. -Мн.: Харвест,1998.-576с.-(Библиотека школьника).
4	Эксперименты	Эвристический метод. Мы сначала сами нашли решение проблемы, потом находили готовые решения и сравнили их. Мною было проведено три эксперимента при выполнении которых я применила метод наблюдения, статического анализа.	http://www.afizika.ru Занимательная физика. http://bubblesmile.narod.ru/recept.htm http://bbs.tomsk.ru/notes/11
5	Антипузыри	Исследовательский метод, методы анализа и сравнения, систематизации и обобщения. Метод наблюдения.	1.Прохоров. Изд. «Советская энциклопедия», 1983 Я. И. Перельман «Занимательная физика» Книга 1 2.Справочное пособие по физике . Авт.-сост. И. Е. Гусев. -Мн.: Харвест,1998.-576с.-(Библиотека школьника). 3.Павлов-Веревкин Б.С. Мыльные антипузыри. «Химия и жизнь» №11, 1966.
6	Мыльные пузыри как явление природы.	Проблемно- поисковый. Поиск теоретического материала, выделение главного в тексте, работа с текстами, систематизация информации.	Сто лет назад Чарлз Бойс написал книгу, которая так и называлась — «Мыльные пузыри». В тридцатые годы она была переиздана в нашей стране. . Впрочем, есть и другая хорошая книга — «Пузыри» Я. Е. Гегузина. Вышла она в 1935 году. Мыльными пузырями серьезно занимались многие великие физики и, вероятно, еще будут заниматься. Ведь мыльный пузырь — это кусочек Природы. Он и неисчерпаем, как Природа

Оглавление

1. Введение 6

2. Мыльные пузыри 8

2.1. Основные понятия 8

2.2. Структура стенки мыльного пузыря 9

2.3.1. Поверхностное натяжение и форма 9

2.3.2. Замерзание пузырей 10

2.3.3. Объединение пузырей 10

2.3.4. Интерференция и отражения 11

2.3.5. Изменение цвета пузыря со временем 11

2.4. Математические свойства 12

2.5. Как делать мыльные пузыри 13

3. Антипузыри 14

3.1. Мыльный пузырь наоборот. 14

3.2. Физические основы 15

4. Экспериментальная часть. Опыты с мыльными пузырями 17

4.1. Опыт 1 17

4.2. Опыт 2 17

4.3. Опыт 3 19

5. Заключение 20

6. Список используемой литературы 21

«Изучение сил поверхностного натяжения с помощью мыльных пузырей и Антипузырей. Опыты с мыльными пузырями»

Васина Юлия

Ханты-Мансийский автономный округ-Югра (Тюменская область)

город Нижневартовск

Муниципальная общеобразовательная средняя школа № 3
10Б класс

1. Введение

Умеете ли вы выдувать мыльные пузыри? Это не так просто, как кажется. И мне казалось, что здесь никакой сноровки не нужно, пока я не убедилась на деле, что уменье выдувать большие и красивые пузыри — своего рода искусство, требующее упражнения. Но стоит ли заниматься таким пустым делом, как выдувание мыльных пузырей?

Большинство людей относятся к ним как к обычному явлению. Совсем иначе смотрит на них физик. “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”.

Действительно, волшебные переливы красок на поверхности тончайших мыльных пленок дают физику возможность измерить длину световых волн, а исследование натяжения этих нежных пленок помогает изучать законы действия сил между частицами, — тех сил сцепления, при отсутствии которых в мире не существовало бы ничего, кроме тончайшей пыли.

В детстве, да и сейчас, я часто покупала мыльные пузыри, и они были замечательны: большие, разноцветные.… Но когда я пробовала делать их дома, она не получались такими большими и красивыми, и быстро лопались. Я всегда мечтала разгадать, почему же у меня не получаются такие же большие и красивые мыльные пузыри, поэтому выбрала именно эту тему для проекта по физике.

Меня заинтересовало:

• почему не получается выдувать пузыри разной формы, а только круглой;

• почему они переливаются разными цветами, и почему из разных мыльных растворов получаются пузыри разных цветов;

• как продлить жизнь мыльного пузыря;

• почему замерзшие пузыри не разбиваются как стеклянные шары, которыми украшают новогоднюю елку, а обнаруживают пластичность;

• по каким законам физики они объединяются.

Наряду с таким явлением как мыльные пузыри, изучая соответствующую литературу и просторы Интернета, я обнаружила антипузыри. Мне также стало интересно, что это такое, и каким законам физики подчиняется.

Целью проекта является:

• изучение строения и свойств мыльных пузырей и антипузырей;

Для реализации целей мною были поставлены задачи:

• изучение и анализ литературы;

• проведение опытов;

• анализ проведенных опытов и извлечение выводов.

Объект исследования: мыльные пузыри и антипузыри ,как явление физики.

Предмет исследования: силы поверхностного натяжения в мыльных пузырях

Гипотеза: на основе изучения мыльных пузырей можно познакомиться с явлениями интерференции, силами поверхностного натяжения.

При работе над проектом были использованы следующие методы: поисковый, эвристический, исследовательский, анализа и сравнения, систематизации и обобщения, доказательства или опровержения гипотезы, планирование исследования, оформление результатов проведенного исследования.

2. Мыльные пузыри

2.1. Основные понятия

Выдуйте мыльный пузырь и смотрите на него. Вы можете заниматься всю жизнь его изучением, не переставая извлекать из него уроки физики.

Лорд Кельвин

Ребёнок, пускающий мыльные пузыри

Мыльный пузырь — тонкая многослойная плёнка мыльной воды, наполненная воздухом, обычно в виде сферы с переливчатой поверхностью. Мыльные пузыри обычно существуют лишь несколько секунд и лопаются при прикосновении или самопроизвольно. Их часто используют в своих играх дети. Из-за недолговечности мыльный пузырь стал синонимом чего-то привлекательного, но бессодержательного и недолговечного. Иногда акции на «новом рынке» сравнивают с мыльными пузырями.

Ж. Б. С. Шарден. Мыльные пузыри. Около 1739 г.

2.2. Структура стенки мыльного пузыря

Плёнка пузыря состоит из тонкого слоя воды, заключённого 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.

2.3. Физические основы

2.3.1. Поверхностное натяжение и форма

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. 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 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.

2.3.2. Замерзание пузырей

Если надуть пузырь при температуре ниже примерно -7 °C, то он замёрзнет. Воздух, находящийся внутри пузыря, будет постепенно просачиваться наружу и в конце концов пузырь разрушится под действием собственного веса.

При температуре −25 °C пузыри замерзают в воздухе и могут разбиться при ударе о землю. Если при такой температуре надуть пузырь тёплым воздухом, то он замёрзнет почти в идеальной сферической форме, но по мере того, как воздух будет охлаждаться и уменьшаться в объёме, пузырь может частично разрушиться, и его форма будет искажена. Пузыри, надутые при такой температуре, всегда будут небольшими, так как они будут быстро замерзать, и если продолжать их надувать, то они лопнут.

2.3.3. Объединение пузырей

Когда два пузыря соединяются, они принимают форму с наименьшей возможной площадью поверхности. Их общая стенка будет выпячиваться внутрь большего пузыря, так как меньший пузырь имеет бо́льшую среднюю кривизну и большее внутреннее давление. Если пузыри одинакового размера, их общая стенка будет плоской.

Соединение мыльных пузырей

Правила, которым подчиняются пузыри при соединении, были экспериментально установлены в XIX веке бельгийским физиком Жозефом Плато и доказаны математически в 1976 г. Жаном Тейлором.

Мыльные плёнки представляют собой кусочно-гладкие поверхности, средняя кривизна которых постоянна на каждом гладком участке.

Если пузырей больше чем три, они будут располагаться таким образом, что возле одного края могут соединяться только три стенки, при этом углы между ними будут равны 120°, в силу равенства поверхностного натяжения для каждой соприкасающейся поверхности.

Линии пересечения поверхностей пересекаются в одной точке по четыре штуки, причём угол между любыми двумя примерно равен 109,47°.

Пузыри, не подчиняющиеся этим правилам, в принципе могут образовываться, однако будут сильно неустойчивыми и быстро примут правильную форму либо разрушатся. Пчёлы, которые стремятся уменьшить расход воска, соединяют соты в ульях также под углом 120°, формируя, тем самым, правильные шестиугольники.

2.3.4. Интерференция и отражения

Отражение облаков в мыльном пузыре

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: толщины пленки и длины волны. 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.

2.3.5. Изменение цвета пузыря со временем

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.

2.4. Математические свойства

Мыльные пузыри образуют пену

Мыльные пузыри являются физической иллюстрацией проблемы минимальной поверхности, сложной математической задачи. Например, несмотря на то, что с 1884 года известно, что мыльный пузырь имеет минимальную площадь поверхности при заданном объёме, только в 2000 году было доказано, что два объединённых пузыря также имеют минимальную площадь поверхности при заданном объединённом объёме. Эта задача была названа теоремой двойного пузыря. Также, лишь с появлением геометрической теории меры удалось доказать, что оптимальная поверхность будет кусочно-гладкой, а не бесконечно изломанной.

Плёнка мыльного пузыря всегда стремится минимизировать свою площадь поверхности. Это связано с тем, что свободная энергия жидкой плёнки пропорциональна площади её поверхности и стремится к достижению минимума:

где σ (сигма) — поверхностное натяжение вещества, а S — полная площадь поверхности плёнки. Оптимальная форма отдельного пузыря — сфера, однако несколько пузырей, объединённых вместе, имеют гораздо более сложную форму.

2.5. Как делать мыльные пузыри

Мыльный пузырь

Самый простой способ — использовать специальную жидкость для мыльных пузырей (которая продается в качестве игрушки) или просто смешать средство для мытья посуды с водой. Но последний способ может не дать таких хороших результатов, каких хотелось бы получить, поэтому вот несколько приёмов, помогающих улучшить результат:

1. Компоненты

   • Что-нибудь, уменьшающее поверхностное натяжение воды. Например, жидкое мыло или детский шампунь. Чем более чистое мыло (без примесей парфюма или других добавок), тем лучший результат может получиться.

   • Что-нибудь, уплотняющее воду. Наиболее часто используется глицерин (который можно купить в аптеке). Также можно использовать сахар, который лучше растворять в тёплой воде. Однако плотность воды может стать слишком большой, поэтому важно соблюдать умеренность.

   • Дистиллированная вода. Вода из-под крана содержит ионы кальция, которые связывают мыло. Дистиллированная вода работает лучше.

2. Процедура

• Если оставить смесь открытой на несколько часов, то ее плотность тоже станет выше. Но, снова, если она станет слишком высокой, выдувать пузыри будет сложно.

• Лучше избегать пузырьков или пены на поверхности смеси, аккуратно убирая их, или просто дождавшись, пока они исчезнут.

• То, насколько просто будет делать пузыри, зависит от множества разных факторов. Разное мыло, разные условия окружающей среды, например, лучше избегать пыльного воздуха или ветра. Также, чем больше влажность воздуха, тем лучше, а значит лучше делать пузыри в дождливый день. Другими словами, наилучший способ найти идеальное решение — это метод проб и ошибок.

3. Антипузыри 3.1. Мыльный пузырь наоборот.

Мы уже узнали, что такое мыльный пузырь. Это сфера, образованная тонкой пленкой жидкости и заполненная воздухом (газом), и снаружи также окруженная воздухом. Мыльный антипузырь — это как бы «негатив» обычного пузыря: сферическая пленка газа, заполненная жидкостью изнутри и окруженная жидкостью снаружи.

Откуда может взяться такой «пузырь наоборот»? Представьте себе следующую ситуацию. На плоскую поверхность воды, в которой растворено моющее вещество (например, шампунь), падает капля такого же раствора. (Заметим, что свободно падающая капля — это уже своего рода «антипузырь» по сравнению с пузырьком воздуха, всплывающим в воде.) Далее может произойти следующее: упав на поверхность воды, капля может не исчезнуть, а некоторое время плавать по поверхности жидкости, не смешиваясь с ней, — это так называемые водяные глобулы, или плавающие капли. Их можно иногда увидеть на воде во время дождя. Водяные глобулы — противоположность обычных пузырей на поверхности воды. И, наконец, если падающая капля преодолеет поверхностный слой жидкости и проникнет в ее объем, может образоваться сложная конструкция — капля, окруженная тонкой газовой оболочкой, то есть антипузырь.

Несмотря на свою противоположность, пузыри и антипузыри имеют много общего. В формировании и тех и других участвуют поверхностно-активные вещества (ПАВ), содержащиеся, например, в жидкости для мытья посуды. Молекулы ПАВ имеют форму стержня, один конец которого гидрофилен («любит воду»), а другой — гидрофобен («не любит воду»). В описанном опыте поверхности воды и падающей на нее капли покрыты «частоколом» таких молекул, причем концы, «не любящие воду», естественно, обращены наружу. Подлетая к поверхности, капля может увлечь слой воздуха, который, препятствуя ее слиянию с поверхностью воды, изгибает ее за счет сил отталкивания. Обращенные наружу гидрофобные концы молекул ПАВ также отталкивают воду от капли. В итоге изогнутая поверхность воды смыкается над каплей, и образуется замкнутая сферическая конструкция, стабильность которой обеспечивается двойным слоем молекул ПАВ и силами поверхностного натяжения.

3.2. Физические основы

Опыты с антипузырями обнаружили много фактов и возбудили множество вопросов, безусловно, достойных поисков ответов на них.

Выяснилось, что «отрицательные» мыльные пузыри, значение радиуса которых R_а находится в интервале от 5·10^–4 до 5·10^–3 м, медленно всплывают к поверхности воды. И притом тем медленнее, чем больше размер пузыря.

Если пузырь лопается в объеме жидкости, возникает газовый пузырек, радиус которого R_п ≈ 10^–4 м. Оба эти факта свидетельствуют о том, что на рисунке мы правильно изобразили структуру отрицательного пузыря – газовый сферический слой в жидкости. Толщина этого слоя h связана с величинами R_a и R_п формулой: h = R_п³/3 · R_a², которая легко получается, если объем слоя приравнять к объему всплывающего пузырька.

При R_п ≈ 10–4 м и R_a ≈ 10–3 м оказывается h ≈ 3·10–7 м. Это близко к толщине пленки обычных мыльных пузырей, при которой должны обнаруживаться интерференционные цвета. В одном из описаний отрицательных пузырей сказано, что на их поверхности «…была видна переливающаяся радужная пленка».

Всплывающий мыльный антипузырь подвержен значительно меньшей выталкивающей силе F_в, чем обычный газовый пузырь того же размера. Легко понять, что, в согласии с законом Архимеда, силы, определяющие всплывания газового пузыря (F_п) и антипузыря (F_a) равных радиусов, относятся так, как объемы заключенного в них газа: F_п/F_a = (R_п/R_a)³.

При R_п ≈ 5·10^–5 м, а R_a ≈ 5·10^–3 м, оказывается, F_п/F_a ≈ 103. Такое отличие сил F_п и F_a и является причиной весьма медленного всплывания антипузыря. Это, например, означает, что, подойдя к поверхности воды, мыльный пузырь, даже если он и не маленький, может не найти в себе силы «пробить» поверхностный слой и выйти из объема.

Попытаемся представить себе, как может лопнуть мыльный антипузырь. Видимо, так же, как и обычный, с тем лишь отличием, что случайно возникшее зародышевое «отверстие» появится не на верхнем полюсе, как у обычного мыльного пузыря, а на нижнем полюсе, где газовая прослойка должна быть тоньше. В обсуждаемом случае роль отверстия в истинной пленке должна играть водяная перемычка между жидким ядром антипузыря и его жидким окружением.

4. Экспериментальная часть. Опыты с мыльными пузырями 4.1. Опыт 1

Методика проведения опыта

Потребуется:

• две тонкие металлические спицы или два прутика;

• шелковые нитки;

• мыльный раствор.

Между концами двух тонких спиц ( можно два деревянных прутика толщиной в 4 мм,) я натянула две шелковых нити. Получилась прямоугольная рамка. К верхней палочке была привязана еще одна нитка, за нее я держала рамку, не дотрагиваясь до прутика. Эту рамку я опустила в миску с мыльным раствором (лучше в раствор добавить несколько капель глицерина).

На медленно вытянутой из мыльного раствора рамке образовалась тонкая мыльная пленка.

Между боковыми нитками не натягивая ее, была протянута третья нитка, а к середине этой третьей привязана четвертая. Они свободно могут лежать на мыльной пленке. Теперь я дотронулась кусочком фильтровальной бумаги до нижней части пленки — между поперечной ниткой и нижним прутиком. Нижняя часть пленки лопнула, а верхняя мгновенно натянула поперечную нитку кверху, полукругом. Теперь я потянула за четвертую нитку: отверстие в пленке прияло форму двустворчатых ворот. Если отпустить нитку — пленка снова натянет поперечную нить полукругом.

Этот опыт доказывает существование поверхностного натяжения пленки пузыря.

4.2. Опыт 2

Потребуется:

• мыльный раствор;

• трубочка.

С помошью трубочки я надула мыльный пузырь, и положила его на смоченные мыльным раствором руки. Получился илиндрический мыльный пузырь, и он занял горизонтальное положение. Введем теперь в цилиндр трубку и выдуем внутри него маленький шар; стряхнем его с трубки легким полчком. Он опустится, не лопнув, на пленку цилиндра.

Маленький шар скользит внутри цилиндра. Он скользит совершенно свободно, потому что ни в одной точке не прикасается к цилиндру и между пленками наших двух пузырей все время есть тончайшая прослойка воздуха!

4.3. Опыт 3

Потребуется:

• мыльный раствор;

• зажженная свеча.

• трубочка

Пленка сжимает воздух внутри пузыря с изрядной силой. В этом очень легко убедиться – поднести незакрытый конец мыльного пузыря к горящей свече. Пламя станет меркнуть, меркнуть, потом потухнет.

Этот опыт доказывает существование давления внутри пузыря, создаваемого поверхностным натяжением мыльной пленки.

5. Заключение

Мыльные пузыри – это не только отличный способ поднять настроение себе и окружающим, но интересное физическое явление – плацдарм для изучения разнообразных физических явлений. Эти физические явления нашли подтверждение в 3-х опытах, которые были проведены и описаны в работе. Рассмотрены также свойства мыльных пузырей.

На основе свойств установлена связь между составом мыльного раствора, и свойствами мыльного пузыря. Исходя из этого, были разработаны конкретные практические советы по улучшению свойств раствора мыльных пузырей. А также влияние того и иного компонента, добавленного в мыльный раствор свойства мыльного пузыря.

Наряду с мыльными пузырями, было изучено такое явление, как антипузыри, и законы физики, которым они подчиняются. Действительно, с помощью мыльных пузырей можно изучать силы поверхностного натяжения, явления интерференции и отражения. Моя гипотеза подтвердилась.

Проводя опыты, я словно окунулась в мир детства. Смогла не только изучить для себя что-то новое в науке под названием «Физика», но и получила множество положительных эмоций.

Сто лет назад Чарлз Бойс написал книгу, которая так и называлась — «Мыльные пузыри». В тридцатые годы она была переиздана в нашей стране. . Впрочем, есть и другая хорошая книга — «Пузыри» Я. Е. Гегузина. Вышла она в 1935 году. Мыльными пузырями серьезно занимались многие великие физики и, вероятно, еще будут заниматься. Ведь мыльный пузырь — это кусочек Природы. Он и неисчерпаем, как Природа.

6. Список используемой литературы

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

2. «Наука и жизнь», №2, 1982.

3. Павлов-Веревкин Б.С. Мыльные антипузыри. «Химия и жизнь» №11, 1966.

4. Прохоров. Изд. «Советская энциклопедия», 1983 Я. И. Перельман «Занимательная физика» Книга 1

5. Справочное пособие по физике . Авт.-сост. И. Е. Гусев. -Мн.: Харвест,1998.-576с.-(Библиотека школьника).

6. Учебник для 11 класс средней школы Н.М. Шахмаев… Изд 2-е Москва «Прсвещение» 1993г.

7. Физический энциклопедический словарь. Гл. ред. А. М.