VII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Так ли прост мыльный пузырь?
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
… Сияя гладкой пленкой,
Растягиваясь вширь,
Выходит нежный, тонкий,
Раскрашенный пузырь.
С.Я Маршак
ВВЕДЕНИЕ
Посетив шоу «Мечты, меняющие мир», нас покорила рассказанная там реальная история одного канадского мальчика по имени Фан. Еще ребенком он увлекся простой игрой в надувании мыльных пузырей. Детская забава помогла ему стать не только 19-ти кратным рекордсменом книги Гиннеса, но переросла в успешную работу.
Заинтересовавшись успехами Фана Янга и изучая его биографию мы увидели в интернете еще одну историю об американском мальчике, который с раннего детства мечтал раскрасить мыльный пузырь. Тиму Кехоэ удалось осуществить свою детскую мечту лишь после долгих лет экспериментов. Он создал и запатентовал инновационные цветные пузыри.
Мечтатели создали секретную формулу для выдувания невероятных пузырей. Эти формулы считаются лучшими в мире, но состав раствора хранится в строжайшем секрете. Удивительно, что тайны мыльного пузыря разгадываются и по настоящее время. Узнав об этом, мы решили исследовать мыльный пузырь с научной точки зрения.
Объект исследования: раствор для выдувания мыльного пузыря.
Предмет исследования: мыльный пузырь
Цель:Изучить физические свойства и химический состав раствора для выдувания мыльных пузырей.
Задачи:
Проанализировать научную литературу по теме исследования;
Найти оптимальный состав мыльного раствора;
Выяснить какие компоненты состава раствора влияют на размеры и окраску пузырей;
Провести практическое исследование.
Гипотезы:
Мы предположили, что на размеры мыльных пузырей влияет химический состав и концентрация мыльного раствора.
Допустили мысль о том, что мыльный пузырь можно раскрасить в любой цвет с помощью красителей.
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ ИССЛЕДОВАНИЯ
История возникновения мыльного пузыря до сих пор остается загадкой. Доподлинно известно, что при раскопках города Помпеи археологи обнаружили фрески с изображением детей, выдувающих мыльные пузыри. Художников, искусствоведов XVI-XIX веков красота и простота пузырей вдохновляла на творчество. Британская компания Pears Soap Company в 1886 году впервые произвела раствор для выдувания пузырей на продажу.
С огласно научным публикациям мыльный пузырь - конструкция довольно устойчивая, многослойная и эластичная. Форма его предельно простая – сфера. Мыльный пузырь выдувается из простого раствора, приготовленного путем добавления мыла к воде. Молекула поверхностно-активных веществ (ПАВ), которых много в мыле, представляет собой цепочку из многих атомов водорода и углерода. Ее концы имеют разную связь (полярную и неполярную) и по-разному относятся к соседству с водой. При растворении в воде мыло своей полярной группой погружается в водный раствор и охотно соединяется с жидкостью, в то время как неполярная углеводородная группа из воды выталкивается. Накладываясь на поверхность жидкости, молекулы мыла образует два слоя, между которыми находится слой воды.
Из курса физики мы знаем, что молекулы воды под ее поверхностью связаны между собой силами межмолекулярного взаимодействия. Молекулы, которые расположены в поверхностном слое испытывают силу притяжения со стороны нижележащих и соседних молекул. Такое взаимодействие сил создает на поверхности жидкости эффект пленки или поверхностное натяжение. Поверхностное натяжение жидкости (или коэффициент поверхностного натяжения жидкости) – это физическая величина, которую можно вычистить с помощью формул:
Научно доказано, что водяная пленка, образованная и укрепленная молекулами мыла, является отличным «строительным материалом» для мыльного пузыря. Шарообразная форма его объясняется стремлением мыльной пленки сократиться до минимальных размеров. В сферическом пузыре давление внутри больше, чем атмосферное, так как мыльная пленка постоянно стремится к уменьшению своей поверхности и сдавливает воздух внутри пузыря.
Расцветка мыльного пузыря объясняется благодаря открытому в 1803году явлению интерференция. Классический эксперимент, в котором Томас Юнг обосновал волновое представление о свете можно наблюдать не только в исследуемом нами объекте, но и в тонком слое несмешивающихся жидкостей (керосина или масла на поверхности воды), бензине, на крыльях бабочек, в цветах побежалости, и т. д.
Известно, что световой луч может отражаться и преломляться, проходя через границу двух сред. Частично отражаясь от верхней поверхности пленки и частично попав другую среду, луч меняет свою длину и в результате возникает интерференционная картина радужной оболочки мыльного пузыря. Так как толщина пленки пузыря постоянно меняется под действием силы тяжести (вода стекает вниз) то и цветная оболочка как бы плывет вместе с потоками жидкости.
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ ИССЛЕДОВАНИЯ
Очевидно, что начинать изучать мыльный пузырь необходимо с приготовления раствора. Мы воспользовались рецептами и советами исследователей, изучавших мыльный пузырь. В научных экспериментах Денисова Б., Жулич В., Ковалева А. и др. в выводах упомянуто:
дистиллированная вода лучше водопроводной и очищенной;
наилучшие результаты дает жидкое моющее средство для посуды «Фейри» и детский шампунь «Ушастый нянь»;
прочные и крупные пузыри получаются, если добавить глицерин в раствор, а так же если выдувать их в прохладном помещении;
оптимальная концентрация 1 часть глицерина, 2 части ПАВ, 6 частей воды.
Прежде чем приступить к исследованию физико-химические свойства мыльных пузырей мы измерили температуру и влажность воздуха с помощью гигрометра. Приготовив несколько рекомендованных рецептов, мы сравнили их с покупным составом. Результаты исследований занесли в таблицу.
|
Показатели температуры |
24 0С |
||||
|
Показатели влажности воздуха |
66% |
||||
|
Исследование/ рецепт |
№1 |
№2 |
№3 |
№4 |
№5 |
|
Покупной «Веселая забава» |
200мл – «Фейри»; |
Рецепт №2 + 40 г сахара |
300мл – дет. шам. «Ушастый нянь»; |
200мл – хоз. мыла; |
|
|
Проверка на прочность надутый пузырь (получается ли поймать пузырь на мыльное кольцо для выдувания) |
+ |
+ |
+ |
+ |
- |
|
Определение «времени жизни» пузыря с помощью секундомера, с |
298 |
337 |
402 |
285 |
15 |
|
Проверка раствора на качество (Какое кол-во пузырей выдувается из 10 попыток?) |
10 |
10 |
7 |
8 |
2 |
|
[Н/м] Измерение коэффициента поверхностного натяжения |
0,035 |
0,031 |
0,037 |
0,034 |
0,051 |
Мы пробовали получить цветной мыльный пузырь с помощью добавления в мыльный состав красителей (пищевой, краски для принтера, акварельные). Насыщенный цвет не удалось получить, краска стекала вниз по стенкам пузыря. Продолжаем свои исследования.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
По результатам всех экспериментов мы сделали выводы:
Мыльный пузырь является не только увлекательной детской забавой, но и настоящим научным объектом для физических и химических исследований.
Исследования мыльных растворов показало, что большие и устойчивые мыльные пузыри получаются из состава, в котором 1 часть глицерина, 2 части «Фейри», 6 частей дистиллированной воды.
Добавление сахара в раствор влияет на долговечность пузырей, но при этом снижает такие показатели как количество выдуваемых тел и их размеры.
Добавление глицерина в состав мыльного раствора повышает его вязкость и гигроскопичность, что, как показали исследования, влияет на прочность пузырей.
Измерение коэффициент поверхностного натяжения жидкости свидетельствуют о том, что вещества, входящие в состав раствора из «Фейри», дистиллированной воды и глицерина, при прочих равных условиях, уменьшают показатель отношения работы сил молекулярного взаимодействия к площади поверхности, что влияет на качество пузырей.
Расцветка мыльной сферы зависит от угла, при котором луч света соприкасается со стенкой пузыря, от равномерности толщины пленки. Раскрасить пузырь путем добавление красителей (пищевой, краски для принтера, акварельные) в мыльный состав не удается, краска под действием гравитации стекает вниз. Насыщенного цвета не получается.
Изучая научную литературу, мы удостоверились, что пузыри нашли свое применение в разных отраслях промышленности и медицины, быту и науки, технике и строительстве.
«Выдувайте мыльный пузырь и смотрите на него:
вы можете заниматься всю жизнь его изучением,
не переставая извлекать из него уроки…»
Л.Кельвин
Список использованных источников
Гегузин, Я.Е. Пузыри /Я.Е.Гегузин// Библиотечка «Квант». - 1985. - Выпуск 46. – 177с..
Денисова, Б.С. Исследование физических свойств мыльного пузыря /Б.С. Денисова//Международный школьный научный вестник №4. — URL: https://school-herald.ru/ru/article/view?id=326 (дата обращения 07.09.2017)
Жулич, В. Исследовательская ученическая работа «Тайны мыльных пузырей» /В. Жулич// Биробиджанский вестник. — URL: http://bir-cdo.ru/wp-content/uploads/2013/04/juli4.pdf (дата обращения 09.09.2017)
Ковалев А., Костырин Н., Малашкина Д., Проект «Подробнее о мыльных пузырях» /А Ковалев, Д. Малашкина, Н. Костырин// Научные проект .— URL: http://www.school-1424-physics.sdrom.ru/media/file/binary/2014/8/15/201161832456/more_information_about_the_soap_bubblesго_pdf.pdf?srv=app1 (дата обращения 10.09.2017)
ПРИЛОЖЕНИЕ№1
Фотографии результатов экспериментальной части
ПРИЛОЖЕНИЕ №2
Ссылка на видеофрагмент эксперимента с мыльными пузырями
https://youtu.be/g5GArCXi8ik