XVII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Удивительные мыльные пузыри
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
ВВЕДЕНИЕ
Мыльные пузыри привлекают внимание. Завораживают и заставляют нас наблюдать некоторое время за улетающим в даль мыльным шаром, который переливается всеми цветами радуги.
Однажды, путешествуя вместе с мамой в городе Сочи мы посетили театр мыльных пузырей. Это было настолько интересно и завораживающее зрелище, необычное и чудесное. Ведущие шоу выдували различные формы мыльных пузырей, управляли ими, при этом пузыри не лопались, прыгали, летали, составляли необычные фигуры.
Пузырь можно было даже поймать в руку. Шоу длилось больше часа. Но это время пролетело незаметно. Все остались в полном восторге: как дети, так и взрослые. Это представление запомнилось мне очень надолго, и я с удовольствием бы посмотрела его вновь. Мне захотелось разобраться, что такое мыльные пузыри. Из чего они состоят и как их можно приготовить в домашних условиях.
Объект исследования: мыльные пузыри.
Предмет исследования: рецепты изготовления мыльных пузырей.
Партнеры исследования: мама, учитель, ученики 3 класса.
Цель исследования: узнать рецепты мыльных пузырей, и выбрать наиболее эффективный для проведения опытов.
Задачи исследования:
изучить литературу и видеоматериалы по теме исследования;
познакомиться с понятием мыльного пузыря;
изучить рецепты растворов мыльных пузырей;
приготовить мыльные пузыри в домашних условиях;
провести опыты с мыльными пузырями в домашних условиях;
проанализировать полученные результаты;
провести интересные опыты в классе.
Гипотеза: предположим, что состав жидкости для мыльных пузырей влияет на их прочность и размер.
Методы исследования:
Проведение опытов, наблюдение и сравнение, сопоставление фактов, обработка результатов, анкетирование, формулировка выводов.
Актуальность:
Все мы знаем, что мыльные пузыри продаются в каждом магазине. Но, к сожалению, либо они быстро заканчиваются, либо плохого качества и быстро лопаются. Мы решили рассмотреть различные варианты приготовления мыльных пузырей дома. Проверить, с помощью какого состава мыльный пузырь получается более прочным и большим.
Поэтому это исследование поможет мне рассказать своим одноклассникам о наиболее эффективном составе по изготовлению мыльных пузырей и какие интересные опыты можно проводить с ними.
Ожидаемые результаты:
− приобретение навыков исследовательской работы;
− получение знаний об изготовлении мыльных пузырей;
− удовлетворенность от проведения веселых опытов и общения с одноклассниками.
ГЛАВА I. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
1.1 Что такое мыльный пузырь. Из чего он состоит
Мыльный пузырь - тонкая многослойная плёнка мыльной воды, наполненная воздухом, обычно в виде шара с переливчатой поверхностью. Плёнка пузыря трёхслойная: состоит из тонкого слоя воды, заключённого между двумя слоями мыла (мыло + вода + мыло).
Однако, пузырь, который сделан из воды, быстро лопается. Для того чтобы его сохранить дольше, в воде растворяют какие-нибудь активные вещества, например, мыло.
Когда мыльная плёнка растягивается, концентрация мыльных молекул на поверхности уменьшается, увеличивая при этом поверхностное натяжение.
Вывод: мыло усиливает слабые участки пузыря, не давая им растягивается дальше (Рисунок 1). Мыло предохраняет воду от испарения, продлевая таким образом жизнь пузыря.
Рис.1 Строение плёнки мыльного пузыря
Мыльные пузыри не просто красивое явления природы, но и объект исследования учёных. На примере уникальных свойств мыльных пузырей можно подтверждать различные физические законы.
Мыльная плёнка считается одной из самых тонких предметов в мире. Её толщина в 5000 раз меньше волоса и папиросной бумаги. Под воздействием факторов окружающей среды, такие как, сила тяжести, давление воздуха, жизнь водяного пузыря непродолжительна. Но если поместить сферическую плёнку в вакуумное пространство, пустоту, то он там может продержаться более месяца. Американскому учёному удалось установить рекорд: он продержал водяной шар в стеклянной банке около года. Но для этого пришлось в ёмкости создать все физические условия для поддержания целостности и равновесия тонкой плёнки.
1.2 История возникновения мыльных пузырей
Давайте вернёмся на 1000 лет назад. В древнеримском городе Помпеи были найдены настенные рисунки с детьми, которые надувают пузыри. В Китае сохранились старинные изображения на бумаге, где люди через палочки надувают шарики. С изобретения мыла люди придумали идею надувать мыльные пузыри. Конечно же кто именно придумал такую идею, остается до сих пор неизвестно.
Зато известно, что в Лондоне во второй половине 19-го века началось производство жидкости для получения мыльных пузырей. Изобретение это очень быстро стало популярным. И уже в начале 20-го века жидкость для мыльных пузырей можно было практически везде купить.
Пик популярности мыльных пузырей пришелся на 60-й годы 20-го века.
Любимое детское развлечение − выдувание мыльных пузырей, увлекает и взрослых. Огромной популярностью пользуется «Шоу мыльных пузырей», которое с интересом смотрят и дети, и взрослые.
1.3 Почему пузыри имеют форму шара?
Воздушный пузырь имеет форму шара, так как по законам физики, он принимает минимальную площадь при заданном объеме. Это было доказано ещё в 1884-м году. В процессе вдувание воздуха форма шара искажается воздушными потоками. Но спустя некоторое время, мыльный пузырь примет идеальную форму шара. Частицы воды или другой жидкости в составе мыльных пузырей, притягиваются друг другу, стремятся сблизиться. Водяной шар при этом держится длительное время благодаря силе поверхностного натяжения воды. Поверхность пузырей представляет собой упругую плёнку в независимости от величины пузыря, если он правильной формы, тогда он имеет упругость. Но если поверхность шара деформирована, например потоком воздуха, то мыльный пузырь теряет свою упругость и быстро лопается.
Форма пузырьков до сих пор волнует учёных. В процессе изучения выяснилось, что толщина мыльной плёнки внизу толще, чем сверху. Это объясняется воздействием силы тяжести. Под действием этой силы слой воды перемещается вниз. Это дает право говорить о том, что форма пузыря не совсем идеально сферическая.
Вывод: на форму пузыря влияют сила поверхностного натяжения воды, сила тяжести.
1.4 Радужная окраска мыльных пузырей
Мыльный пузырь бесцветный первые секунды своей жизни, так как имеет идеально сферическую форму. По законам физики происходит интерференция. Водяная прослойка перетекает вниз под воздействием силы тяжести, и пузырь становится неправильной формы с разной толщиной стенок. Лучи солнца преломляются и переливаются различными цветами радуги. Это зависит от длины световых волн, угла преломления, т.к. мыльный пузырь постоянно движется, его форма меняется. Поэтому тонкая сфера приобретает радужную окраску (Рисунок 2).
Рис.2 Интерференция мыльного пузыря
Вывод: мыльный пузырь имеет радужную окраску благодаря физическому явлению − интерференция.
1.5 Почему мыльные пузыри летают недолго?
Когда мы выдуваем мыльный пузырь, сначала он летит вверх. Потом начинает переливаться разными цветами радуги и опускается вниз. Почему же он долго не летает? Это происходит, потому что тёплый воздух, вошедший в пузырь из нашего рта при надувании, легче воздуха снаружи оболочки, и пузырь движется вверх. Мыльный пузырь похож на маленький воздушный шар, который наполнен тёплым воздухом. Этот воздух настолько теплее наружного, что позволяет ему подняться, несмотря на вес водной оболочки, облегающей пузырь. Однако долго летать пузырь не может только потому, что вода имеет хорошие проводниковые свойства. Тёплый воздух, которым мы надули пузырь исчезает, воздух внутри пузыря становится таким же как воздух вокруг него. И тогда оболочка не в состоянии больше держать мыльную плёнку в целостности. Мыльный пузырь опускается вниз, и касаясь земли лопается.
1.6 Польза выдувания мыльных пузырей для детей
1. Развитие артикуляционной мускулатуры
Далеко не все маленькие дети могут сразу подуть в маленькое пластиковое колечко, чтобы получился пузырь. Чем чаще дети 2−3 лет надувают пузыри, тем лучше развиваются их мышцы рта.
2. Тренировка дыхательной системы
Выдувание мыльных пузырей помогает развивать дыхательную систему. Во время выдувания пузыря происходит плавный сильный выдох Ребенок учиться управлять своим дыханием.
3. Развитие зрительно-моторной координации
Ребенок учиться одновременно следить за мыльным пузырем и пытается ловить его руками или ногой. Координация «глаз-рука» нужна детям для того, чтобы одновременно использовать руки и зрение, для выполнения каких-либо действий, например: доносить ложку до рта или наливать воду из бутылки в стакан. В более взрослом возрасте эти навыки нам нужны для того, чтобы мы могли писать, одеваться, заниматься спортом и многое другое.
4. Развитие навыка слежения
Когда ребёнок провожает взглядом улетающий вдаль пузырь, он тоже развивается. Оказывается, когда ребёнок пристально следит за чем-то взглядом, он развивает навык слежения. Это укрепляет глазные мышцы.
4. Развитие крупной моторики
Очень полезно для развития малышей ловить пузыри, летящие по воздуху. Ребенок избавляется от возбуждения, также развивает крупную моторику: учиться бегать, прыгать, хватать и скакать. Всё это полезные навыки в процессе обучения владения собственным телом.
5. Развитие социальных навыков
Все мы знаем, что достаточно взять с собой на площадку мыльные пузыри, чтобы стать королём этой площадки. При виде волшебной палочки и бутылочки мыльного раствора обязательно все дети сбегутся к вам. Это прекрасный способ научить ребёнка играть вместе с кем-то. Делиться, договариваться, ждать своей очереди и отстаивать личные границы и уважение чужих.
Вывод: мыльные пузыри несут пользу для здоровья детей.
ГЛАВА II. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
2.1. Изучение составов мыльных пузырей
Для того чтобы изучить мыльные пузыри, необходимо провести исследования. Моя мама помогала мне проводить опыты.
В процессе нашего исследования мы приготовили 5 разных составов и провели с ними эксперименты.
Состав 1
Натертое детское или хозяйственное мыло – пол чайной ложки
Горячая кипячёная вода – 250 мл
Сахар – 3 столовые ложки
Вывод: состав получился слабым. Пузыри быстро лопаются, очень хрупкие.
Состав 2
Вода – 500 мл
Хозяйственное мыло – 50 г
Глицерин – 2 ст.л.
Вывод: пузыри надуваются. В основном предназначены для маленьких форм. Большие пузыри плохо держат форму.
Состав 3
Ферри – 50 мл
Глицерин 2 ст.л.
Вода – 100 мл
Вывод: состав оказался самым лучшим. С ним мы смогли провести много интересных опытов. Надуваются и большие, и маленькие пузыри. Пузыри получаются прочные.
Состав 4
Вода – 200 мл
Ферри – 50 мл
Сахар – 1 ч.л.
Вывод: состав оказался слабее, чем 3 вариант. Но для детских игр подойдет.
Состав 5
Вода дистиллированная – 150 мл
Ферри – 50 мл
Глицерин – 25 мл
Вывод: состав подошел для гигантских пузырей.
Лучшим оказался 3 состав. Поэтому все наши опыты мы проводили с ним.
Важно: сразу мыльный раствор работать не будет. Дать отстояться 10 - 12 часов.
Небольшой секрет: В комнате, где выдуваете пузыри, должно быть достаточно увлажненный воздух. Особенно мыльные пузыри хорошо выдувать на улице после дождя.
2.2. Анкетирование
Для определения интересов одноклассников к нашему исследованию, нами было проведено анкетирование. В нем приняли участие 29 человек – обучающиеся 3 класса МОУ «МГМЛ» г. Магнитогорска. Им было предложено ответить на 3 вопроса:
Пускаете ли вы мыльные пузыри?
Поднимают ли они вам настроение?
Покупаете мыльный раствор или делаете его сами?
В результате обработки анкеты мы получили следующие результаты: почти все одноклассники любят пускать мыльные пузыри. Они поднимают им настроение. 14 человек покупают готовые мыльные пузыри, а 13 делают мыльный раствор сами. Два человека из класса не интересуются мыльными пузырями (Приложение 1).
2.3. Мини лаборатория дома и в классе
Сначала все опыты мы провели дома вместе с мамой. У нас все прошло успешно. И я захотела показать своим одноклассникам необычные опыты с мыльными пузырями, раскрывая их секреты (Приложение 2).
Опыт №1. «Выдуваем пузыри из руки»
Цель: показать, что мыльный пузырь можно надуть без помощи специальной палочки или трубочки.
Ход работы:
Нам нужен мыльный раствор, помещение с хорошей влажностью воздуха. Для этого мы дома и в классе увлажняли воздух при помощи опрыскивателя.
Опускаем руку в мыльный раствор. Делаем колечко из пальцев и медленно выдуваем пузырь. (Фото 1)
Вывод: возможно выдуть пузырь при помощи пальцев, сомкнутых в кольцо. Необходимы хороший мыльный раствор, влажный воздух в помещении, пузырь выдувать медленно.
Опыт №2. «Проверяем хрупкость мыльного пузыря»
Цель: показать, что пузырь может быть очень хрупкий и очень прочный.
Ход работы:
Выдули мыльный пузырь и попробовали его поймать рукой. Это у нас не получилось. Пузырь, коснувшись нашей руки сразу лопался. Он был хрупкий.
Попробовали другим способом.
Намочили руку в мыльном растворе. Опять выдули мыльный пузырь и спокойно его поймали. Пузырь не лопнул, с ним мы можем играть. Он прочный. (Фото 2)
Вывод: чтобы пузырь не лопнул, рука должна быть в мыльном растворе. Молекулы мыльного пузыря и пленки на руке одинаковые и притягиваются между собой. Пузырь не лопается.
Опыт №3. «Выдуваем пузырь в пузыре»
Цель:разместить пузырь один в другом.
Ход работы:
Взяли обыкновенную стеклянную тарелку. Налили немного мыльного раствора. Выдули воронкой большой пузырь. Самое интересное впереди. Чтобы мы могли опустить трубочку в пузырь для надувания в нем других пузырей, и он не лопнул при этом, мы смочили нашу трубочку в мыльном растворе. У нас получилось надуть пузыри в пузыре. (Фото 3,4)
Вывод: чтобы эксперимент получился, и мы не нарушили пленку мыльного пузыря, необходимо трубочку смочить в мыльном растворе. А затем поместить ее в пузырь для выдувания других пузырей.
Опыт №4. «Помещаем игрушку в мыльный пузырь»
Цель: пометить игрушку в мыльный пузырь и не лопнуть его.
Ход работы:
Сначала надули большой мыльный пузырь. Взяли игрушку и попробовали положить ее в мыльный пузырь. Пузырь лопнул. Потом хорошо смочили руку и игрушку мыльным раствором и повторили опыт. Наш опыт удался. Игрушку разместили в пузыре и смогли ее вытащить из него. Пузырь остался целым. Когда мы показали этот опыт в классе. Ребята очень удивились. (Фото 5−7).
Вывод: если помещаем сухую игрушку, пузырь лопается. Т.к. при взаимодействии молекул разных веществ мыльной пленки и игрушки, поверхностное натяжении мыльного пузыря быстро разрушается. Если игрушку смачиваем в мыльном растворе, одинаковые молекулы притягиваются и пузырь не лопается.
Опыт №5. «Игра в теннис без теннисного мяча»
Цель: сделать из мыльного пузыря шарик, который можно отбивать рукой как ракеткой. Поиграть в теннис.
Ход работы:
Дома мы пробовали ловить пузыри разными тканями. Опыт показал, что шерстяная ткань не нарушает структуру мыльного пузыря. На ней они не лопаются дольше всего.
Для игры мыльными пузырями, нам понадобятся шерстяные варежки, мыльный раствор и 3 участника.
Я выдувала мыльные пузыри. Другие два одноклассника надели шерстяные варежки и начали игру в теннис. При соприкосновении с шерстью мыльный пузырь не лопался, и ребята спокойно смогли перекидывать пузыри друг другу (Фото 8).
Вывод: если пускать мыльные пузыри и ловить их руками, они будут лопаться из−за большого давления. У натуральной шерсти есть свойство не нарушать структуру мыльного пузыря, за счет мелких ворсинок. При соприкосновении с ними, мыльный пузырь не лопается, так как мыльная пленка упругая. При этом мы можем играть с пузырями, как с теннисным мячиком.
Опыт №6. «Делаем отверстие на мыльной пленке, не нарушая ее»
Цель: проверить теорию, что на поверхности пузыря можно сделать отверстие как вход. При этом сохранить общую пленку у пузыря.
Ход работы:
Для этого опыта нам понадобится мыльный пузырь, замкнутая в кольцо нитка и сухой карандаш или палочка.
1. Создали мыльную пленку на кольце из проволоки.
2. Смочили связанную ниточку в мыльном растворе и разместили ее на поверхность мыльной пленки.
3. Взяли сухой карандаш и коснулись им в центре замкнутой нитки. Пленка внутри нити лопнула, нить образовала круг, а пленка вокруг нити осталась целой. Карандашом мы могли даже водить по внутреннему кольцу.
Дома мы проводили опыт с палочкой, а в классе с карандашом (Фото 9−11).
Вывод: при взаимодействии молекул одного вещества мыльной пленки на кольце из проволоки и мыльной пленки на нити, они притягиваются, Пленка не лопается. Сухой карандаш состоит из других молекул. Поэтому при соприкосновении с мыльной пленкой сила притяжения маленькая. Пузырь внутри нити лопается.
Опыт №7. «Создание 1000 мелких мыльных пузырей за секунду»
Цель: сделать устройство для создания пены из мыльных пузырей.
Ход работы:
Взяли обрезанную пластиковую бутылку и закрепили с широкой стороны марлю. Обмакнули конец с марлей в мыльный раствор и начали выдувать пузыри. Моментально появились тысячи мелких мыльных пузырей (Фото 12).
Мы попробовали покрасить их в разные цвета. Воспользовались жидкими пищевыми красителями. Сначала краситель капнули в раствор, пузыри не окрасились.
Потом мы капнули краситель на марлю и получились разноцветные пузыри.
(Фото 13)
Вывод: марля неплотный материал, похож на сетку. Через каждое отверстие в марле сразу образуется мыльный пузырь. При создании таким способом мыльных пузырей, получается упругая густая пена. Особенно красиво, если ее окрасить в разные цвета, для этого надо капнуть краситель на марлю, а не в воду. Если краситель капать в воду, то цветная вода сразу стекает с пузырей, они остаются прозрачными.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В ходе проведенной исследовательской работы, я узнала много нового и интересного.
Познакомившись с мыльными пузырями и его свойствами, я сделала следующие выводы:
Мыльный пузырь может быть достаточно прочным и долгое время не лопаться. Если использовать хороший мыльный раствор.
Раствор для мыльных пузырей можно приготовить самостоятельно дома. В зависимости от состава, будет формироваться прочность пузыря.
Чтобы продлить жизнь пузыря, необходимо, чтобы воздух был влажным, так как в составе содержится вода. Чем больше увлажнен воздух, тем проще надувать пузырь. Мы в классе и дома увлажняли воздух при помощи опрыскивателя. А на улице лучше выдувать мыльные пузыри после дождя.
Мыльный пузырь имеет ограниченное время жизни, из−за закона всемирного притяжения.
Из проведенных опытов я узнала, какими свойствами обладаем мыльный пузырь и что влияет на его долговечность.
Мыльные пузыри привносят много радости и развлечения. Это подтвердилось, когда мы проводили опыты дома и в классе. Наша мини лаборатория всех заинтересовала. Ребята с удовольствием участвовали во всех опытах. Остались довольными. Некоторые одноклассники не верили, что можно было такое проделывать с мыльными пузырями, пока не попробовали сами. Мы поделились с ними проверенным рецептом для создания прочных мыльных пузырей. Надо иметь в виду, что сразу мыльный раствор работать не будет. Ему надо отстояться 10 - 12 часов.
Наша гипотеза о том, что состав жидкости для мыльных пузырей влияет на их прочность и размер подтвердилась.
Цель, поставленная перед нами – достигнута, задачи исследования решены.
Список использованных источников и литературы
Бойз Ч. Мыльные пузыри. Пер. с анг. №113. Изд. стереотип. URSS. 2021. 128 с.
Варламов С. Эксперименты с мыльной пеной/С.Варламов//Квант. – 2016. − №3, с. 37−38.
Гегузин Я.Е. Пузыри. №252. Изд.3. URSS. 2021. 184 c.
Перельман.Я.И. Заниматльная физика. Книга первая. Изателство: Центрополиграф, 2017. – 256 с.
Скляровский Е. Мыльный пузырь как загадка науки.
Тит Том. Научные забавы: интересные опыты, самоделки, развлечения/ Тит и Том – М.: Издательский дом Мещерякова, 2012. – 224с.
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение 1
Диаграммы по результатам анкетирования
Диаграмма 1 Диаграмма 2
Диаграмма 3
Приложение 2
Мини лаборатория дома и в классе
|
Опыт №1 «Выдуваем пузыри из руки» |
Опыт №2 «Проверка хрупкости мыльного пузыря» |
|
Фото 1 |
Фото 2 |
Опыт №3 «Выдуваем пузырь в пузыре»
|
Фото 3 |
Фото 4 |
Опыт №4 «Помещаем игрушку в мыльный пузырь»
|
Фото 5 |
Фото 6 |
Фото 7. Игрушка в пузыре
Опыт №5 «Игра в теннис без теннисного мяча»
Фото 8
Опыт №6 «Делаем отверстие на мыльной пленке, не нарушая ее»
Фото 9
|
Фото 10 |
Фото 11 |
Опыт №7 «Создание 1000 мелких мыльных пузырей за секунду»
Фото 12 Фото 13