VI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

А мыльный ли пузырь?

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Шипилов Я.С. 1

---

1Бюджетное образовательное учреждение города Омска «Лицей №92» (БОУ г.Омска «Лицей №92»)

Бондаренко Г.И. 1

---

1БОУ г.Омска "Лицей №92"

Работа в формате PDF

19.4 MB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Не думаю, чтобы среди людей нашелся хоть один человек, который когда-нибудь не занимался пусканием мыльных пузырей. Интерес к пузырям постоянно растет, о чем свидетельствует появление и популярность шоу мыльных пузырей, проводимые профессиональными артистами. Мыльные пузыри являются объектами исследований наук, а также незаменимыми помощниками в разных отраслях промышленности. Таким образом, они находятся на службе у человека.

Казалось бы, все просто: мыльный пузырь – пузырь из мыла и воды. Так почему же тогда люди покупают пузыри в магазине, а не делают их сами. Почему на этикетке игрушки «Мыльные пузыри» написано в графе состав «Специальный мыльный раствор»? Почему мыльные пузыри изготавливают не фабрики по производству мыла, а другие фабрики? Можно, ли в домашних условиях получить раствор для прочных, эластичных и радужных мыльных пузырей? Будет ли он состоять только из мыла и воды?

Гипотеза. Если я изучу литературу о мыльных пузырях, их происхождении и применении, соберу необходимую информацию, то, используя эти знания, смогу получить качественный и экологически чистый раствор для создания мыльных пузырей.

Цель исследования. Получить качественный и экологически чистый раствор для выдувания мыльных пузырей в домашних условиях. Исследовать свойства мыльных пузырей, полученных с помощью этого раствора. Произвести сравнение полученного раствора с раствором промышленного производства.

Задачи исследования:

собрать, обработать и изучить материалы для написания работы;

ознакомиться с методами исследования мыльных пузырей;

определить ингредиенты, необходимые для получения раствора в домашних условиях, и ингредиенты, входящие в растворы промышленного производства;

получить в домашних условиях растворы для выдувания мыльных пузырей;

сравнить свойства растворов, полученных в домашних условиях, со свойствами раствора промышленного производства;

провести опыты, направленные на исследование свойств мыльных пузырей, полученных в домашних условиях;

сформировать выводы по результатам проведенного исследования.

План исследования включает в себя следующие этапы:

Подготовительный. Этап включает в себя изучение литературы о мыльных пузырях, сбор информации о свойствах и особенностях мыльных пузырей.

Основной. Этап включает в себя определение ингредиентов для получения раствора, получение разных по составу растворов, выявление лучшего из них. Сравнение полученных растворов с раствором промышленного производства. Проведение опытов с мыльными пузырями.

Заключительный. Формирование выводов по работе.

Объект исследования: мыльные пузыри.

Предмет исследования: раствор для получения мыльных пузырей.

Методы исследования:

изучение литературы;

анкетирование;

наблюдение;

эксперимент;

сравнительный анализ.

Практическая значимость результатов. Проделанная работа позволит:

1) научиться изготавливать в домашних условиях качественные растворы для выдувания мыльных пузырей;

2) определить оптимальный состав растворов для получения мыльных пузырей;

3) использовать изученные свойства мыльных пузырей и результаты экспериментов для проведения шоу мыльных пузырей в домашних условиях.

При написании работы использовалась научная и научно-популярная литература по исследуемой проблеме, а также интернет-ресурсы.

1. Сбор информации о мыльных пузырях

1.1 Происхождение мыльных пузырей

С мыльными пузырями человечество знакомо давно. Самые ранние художественные изображения мыльных пузырей были обнаружены при раскопках древнего римского города Помпеи, засыпанного пеплом в результате мощного извержения находящегося рядом вулкана Везувия. На фресках, найденных при раскопках этого древнего города, были изображены жители города, надувающие мыльные пузыри [3].

В литературе метафора «мыльный пузырь» использовалась как синоним всего недолговечного, часто сравнение с мыльным пузырем имело отрицательный оттенок. Первое известное сравнение, использованное как символ «временности» человеческой жизни, было сделано Марком Теренцием Варроном (116-27 г.г. до н.э.).

В XVII веке для пускания пузырей использовали мыльную воду, оставшуюся после стирки белья. Промышленно мыльная смесь начала производиться в 1886 году компанией «Pears Soap Company». Для рекламы своей продукции фирма использовала картину Джона Милле «Мыльные пузыри» (рисунок 1 Приложения 1 (далее рис.«номер рисунка» Прил.«номер Приложения)).

Массовое изготовление пузырей для детских забав началось в 1940-х годах.

1.2 Применение мыльных пузырей в настоящее время

Сейчас мыльные пузыри используются не только для развлечений. Свойства мыльных пузырей применяются в разных сферах деятельности человека.

Мыльные пузыри образуют пену, которой мы моем руки, посуду, стираем белье и одежду, очищаем предметы от грязи.

С помощью опытов над пузырями был изобретен воздушный шар [6]. Мыльные пузыри используют в метеорологии-на них моделируют процессы, идущие в атмосфере Земли [4]. В нефтяной промышленности ученые пытаются использовать для переработки нефти микрореакторы, представляющие собой, по сути, мыльные пузыри [8]. В горной промышленности с помощью пузырьков добывают горные руды. Используют пузыри и в медицине для моделирования заморозки клеток, органов. А самое главное, мыльный пузырь, как атрибут чего-то праздничного, волшебного, удивительного, дарит праздник не только детям, но и взрослым, не оставляя равнодушными ни одного человека.

1.3 Мое знакомство с мыльными пузырями

Мое первое знакомство с мыльными пузырями произошло еще в раннем детстве (рис.2, 3 Прил.1). Мне сразу понравилось и нравится до сих пор выдувать мыльные пузыри (рис.4 Прил.1).

Первого июня 2013 года в Омске проходил парад мыльных пузырей (рис.5, 6 Прил.1). Я ходил на парад с мамой. Мыльные пузыри у артистов на празднике были не только в баночках из магазина, но и в обычных ведрах. Я подумал: «А в ведрах находится раствор из магазина или люди сделали его сами?».

Первогосентября 2013 года я пошел в первый класс и папа подарил мне книгу Тома Тита «Научные забавы» (рис.7 Прил.1), в которой описываются опыты с мыльными пузырями.

Таким образом, любимая игра детства, парад мыльных пузырей и папин подарок послужили толчком к самостоятельному исследованию мыльных пузырей и получению раствора для них.

В начале исследования я провел анкетирование среди своих друзей и одноклассников (Приложение 3). Результаты анкетирования показали, что все дети, участвовавшие в опросе, очень любят выдувать мыльные пузыри, а вот как сделать раствор для мыльных пузырей самим и каков его состав они не знают. Это усилило мое желание самостоятельно получить раствор для выдувания мыльных пузырей.

Чтобы узнать ингредиенты раствора, я пошел в магазин «Мир праздника» (рис.8-10 Прил.1), где продают мыльные пузыри. Мне казалось, что продавец магазина должен знать из чего делают мыльные пузыри. Но, увы, он не знал. Я просмотрел этикетки на всех мыльных пузырях в магазине, но рецепта так и не нашел. На этикетках было написано, что в состав мыльных пузырей входит специальный мыльный раствор (рис.11 Прил.1). Далее мой путь был к артистам «Пузыри-Шоу» (рис.12 Прил.1). Они сказали мне, что покупают раствор, состав которого не разглашается. Неужели и правда никто не знает, состав раствора мыльных пузырей и он держится в секрете?

Мы с мамой предположили, что возможно преподаватели физики знают этот секрет, и пошли вОмский ГосударственныйУниверситет Путей Сообщения (ОмГУПС) (рис.13-15 Прил.1). В университете кандидат физико-математических наук, доцент кафедры физики Георгий Борисович Тодер рассказал мне, что мыльные пузыри - красивые тонкие шарики из пленок. Они имеют радужный оттенок, так как особым образом взаимодействуют со светом. Он сказал, что можно получить раствор для пузырей из мыла и воды, но полный состав раствора может подсказать химик. Я отправился к Вахрамеевой Людмиле Алексеевне, инженеру-химику ОАО «Центральное конструкторское бюро автоматики». Она сказала мне, что для придания прочности пузырям необходимо добавить в раствор, кроме мыла и обязательно кипяченой воды, специальные вещества - сахар или глицерин. Узнав ингредиенты раствора, я приступил к эксперименту.

2. Получение раствора для выдувания мыльных пузырей.

Я намылил руки обычным туалетным мылом, затем хозяйственным. Сделал кольцо из пальцев и выдул пузырь. Пузырь в первом случае держался буквально секунду, во втором дольше (рис.16 Прил.1). Далее я смешал хозяйственное мыло и воду (рецепт №1 Прил.2). В раствор опустил соломинку. Выдул несколько пузырей (рис.17 Прил.1).

Затем мы с мамой отрезали горлышко у пластиковой бутылки и получили приспособление для выдувания пузырей. Опустили его в тот же раствор, что и соломинку, и вот результат - большой пузырь (рис.18 Прил.1).

Далее я смешал детский шампунь и воду (рецепт №2 Прил.2). Выдул пузырь (рис.19 Прил.1). Затем в раствор я добавил глицерин (рецепт №3 Прил.2). Снова выдул пузырь. Получился большой пузырь и более прочный, чем в предыдущем случае (рис.20 Прил.1). Такой же результат получился при добавлении к раствору по рецепту №2 вместо глицерина сахара (рецепт№4 Прил.2,рис.21 Прил.1).

Так путем эксперимента я получил растворы для мыльных пузырей. Качество пузырей, полученных из приготовленных вручную растворов, оказалось лучше, чем промышленно произведенных растворов: пузыри получались большие, радужные и долго не лопались.

Я выявил, что мыльные пузыри можно выдувать разными средствами и с помощью разных растворов. Время их жизни зависит от состава раствора, а размер от состава раствора и диаметра средства выдувания. Все растворы имеют состав безвредный для человека.

Самым лучшим из растворов оказался раствор по рецепту №3. Его я и использовал в дальнейших опытах.

3. Опыты с мыльными пузырями

3.1 Матрешка из мыльных пузырей

Я выдул на тарелке мыльный пузырь. Затем погрузил в пузырь соломинку. Он лопнул.

Повторил опыт. Выдул мыльный пузырь. Опустил соломинку в раствор для пузырей так, чтобы только кончик ее, который придется взять в рот, остался сухим. Просунул ее через стенку пузыря до центра. Выдул второй пузырь, заключенный в первом, затем - третий. Получилась матрешка из пузырей (рис.22, 23 Прил.1).

Из опыта я сделал вывод, что мыльный пузырь не лопнет, если в него погрузить предмет, смоченный в том же растворе из которого состоит пузырь. Мы с мамой прочитали, что объясняется это тем, что между молекулами вещества из которых состоит раствор существует сильное притяжение, которое не позволяет разорвать стенку мыльного пузыря [1]

3.2 Превращение мыльного пузыря

Я взял два металлических кольца. Опустил кольца в раствор. Соединил кольца друг с другом, а затем развел в стороны. Получился цилиндр (рис.24 Прил.1).

Затем мы с папой сделали из проволоки куб. Я погрузил куб в раствор. Вытащил его и увидел, что в центре большого куба находится тонкая квадратная плёнка (рис.25, 26 Прил.1).

Погрузил куб снова в раствор, только нижней его плоскостью, и в середине куба появился маленький кубик (рис.27, 28 Прил.1).

Опыт показал, что мыльный пузырь может иметь форму не только шара, но и цилиндра. Это происходит под влиянием натяжения стенок мыльного пузыря. Пузырь может растекаться по стенкам куба и иметь форму куба.

Из журнала «Наука и жизнь» я узнал, что состоящая из молекул мыла и воды пленка, образующая пузырь, всегда принимает такую форму, чтобы образованная ей фигура имела самую маленькую в данных условиях площадь [2].

3.3 Предметы в мыльном пузыре

Я налил в тарелку раствор слоем в 2-3 мм. В середину положил игрушку «дельфин» и накрыл ее воронкой. Поднимая воронку, дул в нее. Игрушка оказалась внутри мыльного пузыря (рис.29 Прил.1).

Снова налил раствор слоем в 2-3 мм. Положил в середину игрушку «зайчик». Взяв соломинку, я начал выдувать пузырь, постепенно накрывая им игрушку. «Зайчик» оказался в пузыре (рис.30, 31 Прил.1).

3.4 Мороз и мыльный пузырь

Я выдул мыльный пузырь при температуре на улице -5 ⁰С, -7 ⁰С, -10⁰С (рис. 32, 33, 38 Прил.1).

Опыт показал, что при температуре -5 ⁰С пузырь не замерзает.

При температуре -7 ⁰С на мыльном пузыре образуются узоры, как на окнах зимой.

При температуре -10 ⁰С стенки пузыря замерзают: покрываются тончайшей пленкой. Если проткнуть стенку пузыря соломинкой, она«бьется»как стекло,образуется дырка(рис.34-37Прил.1).

3.5 Искусство и мыльные пузыри

Я вырезал из фольги шесть лепестков. Смочил лепестки в растворе и положил на пробку от бутылки (рис.39 Прил.1). Выдул пузырь в центре лепестков. Лепестки начали подниматься и получился цветок из мыльного пузыря (рис.40, 41 Прил.1).

Затем я взял 4 баночки с раствором. Добавил в растворы пищевые красители (рис.42 Прил.1). Соломинкой я создал пузыри в каждой из баночек (рис.43 Прил.1). Когда они начинали выходить за пределы баночек, я прикладывал на баночки листок бумаги и получал отпечатки пузырей. На бумаге наблюдались абстрактные узоры из случайно расположенных разноцветных кругов и овалов (рис.44 Прил.1). Из узоров на меня смотрел веселый слоненок (рис.45 Прил.1). Таким образом, я убедился, что мыльные пузыри можно использовать для создания произведений искусства.

Заключение

В результате проведенного исследования я узнал историю происхождения мыльных пузырей, их свойства и использование человеком. Благодаря этим знаниям, я получил качественные растворы для мыльных пузырей. Я провел эксперименты с использованием разного мыла: обычного туалетного и хозяйственного, шампуня, с добавлением в растворы глицерина и сахара. Убедился, что растворы могут состоять не только из мыла и воды, но и иметь в составе ингредиенты, которые улучшают свойства пузырей и позволяют получать большие, прочные и радужные мыльные пузыри. Теперь я не буду покупать мыльные пузыри в магазине, где их состав неизвестен и не всегда качественный, а делать их сам просто и быстро.

Проведя опыты, я изучил взаимодействие мыльных пузырей друг с другом, их размеры и формы, влияние мороза на них. Думаю, в дальнейшем при изучении химии я смогу получить растворы, с добавлением новых ингредиентов, например, соли, спирта и других веществ. Смогу получить один из ингредиентов мыльного раствора - мыло.

Изучив теорию и проведя эксперименты с мыльными пузырями, я пришел к тому, что мыльный пузырь уникален и безграничен. Никогда не знаешь, какой пузырь большой или маленький получится, будет он один или несколько, полетит он налево или направо. Простой пузырь удивил меня своими «возможностями». Так, добавив в раствор для мыльных пузырей пищевые красители, можно рисовать картины. Эта техника непредсказуема. На сегодняшний день пока мало применяется. Я думаю, что с помощью нее в будущем я смогу создать новые дизайнерские идеи, например, роспись мыльными пузырями на одежде, обоях, потолках, стенах и других предметах.

За оказание помощи в исследовании хочу поблагодарить кандидата физико-математических наук, доцента кафедры физики ОмГУПС Тодера Георгия Борисовича, инженера-химика ОАО «Центральное конструкторское бюро автоматики» Вахрамееву Людмилу Алексеевну, своих родителей и классного руководителя Бондаренко Галину Ивановну.

Список используемых источников и литературы

Взаимодействие молекул. Строение твердых тел, жидкостей и газов. Молекулярная физика. URL: http://class-fizika.spb.ru/index.php/10-11cl/894-td2/. (Дата обращения 13.02.2014).

Ефремкин А. Легкая, как воздух, жидкая, как вода. //Наука и жизнь. 2008. №3. URL: http://www.nkj.ru/archive/articles/13287/. (Дата обращения: 13.02.2014).

История появления мыльных пузырей. URL: http://soap-magic.tiu.ru/a44475-istoriya-poyavleniya-mylnyh.html. (Дата обращения: 14.12.2013).

Мыльный пузырь поможет метеорологам /По материалам журнала «La Recherche» (Франция): //Наука и жизнь. 2006. №3. URL: http://www.nkj.ru/archive/articles/4547/. (Дата обращения: 14.12.2013).

Перельман Я.И. Что? Зачем? Почему? Занимательная физика, механика, астрономия, математика, природа – Минск: Харвест, 2012 .- 240 с.

Рыжов К. «100 великих изобретений». - М.: Вече, 2006. - 528 с.

Том Тит. Научные забавы. - М., 2013. – 285 с.

Хрусталев Е. Мыльные пузыри перерабатывают нефть// Энергетика и промышленность России. 2003. № 4. URL: http://www.eprussia.ru/epr/32/2138.htm.

Приложение 1. Рисунки к исследовательской работе

Рисунок 1 – Картина Джона Милле «Мыльные пузыри»

Рисунок 2 – Я первый раз в жизни выдуваю мыльные пузыри (мне 1 год)

Рисунок 3 – Я играю с мыльными пузырями, пытаюсь их поймать (мне 1 год)

Рисунок 4 – «Кто больше» (Я и мой друг Костя соревнуемся по количеству выдуваемых мыльных пузырей летом на даче)

Рисунок 5 – Парад мыльных пузырей в Омске первого июня 2013 года

Рисунок 6 – Парад мыльных пузырей в Омске первого июня 2013 года («А в ведрах находится раствор из магазина или люди сделали его сами?»

Рисунок 7 – Я с подарком от папы на первое сентября 2013 года

Рисунок 8– Я иду в магазин «Мир праздника», чтобы узнать состав раствора для мыльных пузырей

Рисунок 9 – Я у входа в магазин «Мир праздника»

Рисунок 10 – Я в магазине «Мир праздника»

Рисунок 11- Этикетка на бутылочке с мыльными пузырями («Увы, состав неизвестен»)

Рисунок 12 – Артистка «Пузыри-Шоу» Юлия Бондаренко

Рисунок 13 - Я иду в Омский Государственный Университет Путей Сообщения

Рисунок 14 – Я у входа в Омский Государственный Университет Путей Сообщения

Рисунок 15 – Я беседую с кандидатом физико-математических наук, доцентом кафедры физики ОмГУПС Тодером Георгием Борисовичем

Рисунок 16 – Мыльный пузырь из хозяйственного мыла

Рисунок 17– Мыльные пузыри из хозяйственного мыла (рецепт №1 Прил.2)

Рисунок 18 - Мыльный пузырь из хозяйственного мыла (рецепт №1 Прил.2)

Рисунок 19 –Мыльный пузырь из раствора с детским шампунем

(рецепт №2 Прил.2)

Рисунок 20 –Мыльный пузырь из раствора с глицерином

(рецепт №3 Прил.2)

Рисунок 21 – Мыльный пузырь из раствора с сахаром

(рецепт №4 Прил.2)

Рисунок 22 – Один пузырь в другом

Рисунок 23 – Матрешка из пузырей

Рисунок 24 – Мыльный пузырь в форме цилиндра

Рисунок 25 – Мыльный пузырь в кубе

Рисунок 26 – Мыльный пузырь в кубе

Рисунок 27 – Мыльный пузырь в кубе (после опускания в раствор только нижней плоскости)

Рисунок 28 – Мыльный пузырь в кубе (после опускания в раствор только нижней плоскости)

Рисунок 29 – Выдувание мыльного пузыря вокруг игрушки «Дельфин»

Рисунок 30 – Выдувание мыльного пузыря соломинкой вокруг игрушки «Зайчик»

Рисунок 31 –«Зайчик» внутри мыльного пузыря

Рисунок 32 – Мыльный пузырь при температуре -7 ⁰С

Рисунок 33 – Мыльный пузырь при температуре -10 ⁰С

Рисунок 34 – Мыльный пузырь при температуре -10 ⁰С (я соломинкой проткнул пузырь, он не лопнул, образовалось дырка в пузыре)

Рисунок 35 – Мыльный пузырь при температуре -10 ⁰С (еще раз проткнул соломинкой пузырь, образовались две дырки в пузыре)

Рисунок 36 – Мыльный пузырь при температуре -10 ⁰С (Большая дырка в пузыре. Стенки пузыря как «стекло»)

Рисунок 37 – Мыльный пузырь при температуре -10 ⁰С (Пузырь «разбился».)

Рисунок 38 – Мыльные пузыри при температуре -10 ⁰С

Рисунок 39 – Приготовление к получению цветка из мыльного пузыря

Рисунок 40 – Выдувание мыльного пузыря на лепестки

Рисунок 41 – Цветок из мыльного пузыря

Рисунок 42 – Растворы для рисования с помощью мыльных пузырей

Рисунок 43 – Создание пузырей в растворах для рисования

Рисунок 44 – Абстрактные узоры из мыльных пузырей

Рисунок 45 – «Слоненок» из мыльных пузырей

Приложение 2. Рецепты растворов для мыльных пузырей

Рецепт №1

кипяченая вода – 200 мл

хозяйственное мыло – 20 г

Смешать кипяченую воду комнатной температуры с хозяйственным мылом до полного растворения. Снять полученную пену, т.к. она мешает выдуванию мыльных пузырей. Раствор готов.

Рецепт №2

кипяченая вода– 150 мл

детский шампунь– 50 мл

Смешать кипяченую воду комнатной температуры с детским шампунем. Снять полученную пену. Раствор готов

Рецепт №3

кипяченая вода– 150 мл

детский шампунь– 50 мл

глицерин – 50 г.

Смешать кипяченую воду комнатной температуры с детским шампунем. Снять полученную пену. Добавить в раствор глицерин. Размешать. Снять полученную пену. Раствор готов.

Рецепт №4

кипяченая вода– 200 мл

детский шампунь– 50 мл

сахар – 2 ч.л.

Растворить в кипяченой воде комнатной температуры сахар. Добавить детский шампунь. Размешать. Снять полученную пену. Раствор готов.

Проверка готовности растворов

Для проведения опытов с мыльными пузырями необходимо выдуть пузырь сантиметров десять в диаметре. Если пузырь не получился, то добавить еще мыла (рецепт №1) или шампуня (рецепт №3, №4 №5). Обмакнуть палец в раствор и проткнуть пузырь, если он не лопнет, то раствор готов [5].

Приложение 3. Результаты анкетирования

Я провел анкетирование среди своих друзей и одноклассников по вопросам, приведенным в таблице 1. Мной был произведен опрос 50 человек.

Таблица 1 – Вопросы о мыльных пузырях