Интересная жизнь мыльных пузырей Работу выполнила: Ученица 11 «А» класса МОУ «СОШ 2 г. Ершова» Сагателян Лусине Руководитель: Хусаинов Иосиф Хосьянович.

«Мыльный пузырь, пожалуй, самое восхитительное и самое изысканное явление природы». Марк Твен

Актуальность темы. Актуальность темы В настоящее время мыльные пузыри становятся модными объектами. Из веселой игрушки для детей они превращаются в элемент технологии праздника. Проводятся шоу мыльных пузырей, как на Манежной площади в Москве, организовано королевство мыльных пузырей, мыльные пузыри становятся способом украшения корпоративных вечеринок. Мы имеем дело с интереснейшим физическим объектом, изучая свойства которого мы можем не только развлекаться, но и понимать глубже, как устроен мир, в котором мы живем. Следовательно, мыльный пузырь является уникальным объектом, содержащим внутри неразгаданные загадки физики.

Цели и Задачи 1. Изучить мыльные пузыри с точки зрения физики. 2. Изучить и проанализировать литературу и другие источники информации по данной теме. 3. Познакомить с механизмом образования мыльных пузырей. 3. Познакомить с механизмом образования мыльных пузырей. 4. Рассказать о возникновении радужной окраски мыльных пузырей. 5. Рассмотреть свойства мыльных пузырей на морозе.

Методы исследования. 1. Поиск и анализ информации по данной теме. 2. Изучение условий образования и размеров пузырей.

Происхождение мыльного пузыря. День рождения мыльного пузыря и по сей день остаётся загадкой. Но доподлинно известно, что при раскопках древней Помпеи археологи обнаружили необычные фрески с изображением юных помпейцев выдувающих мыльные пузыри. Видимо, у них были свои секреты производства мыла.

Тайна 1 Что такое мыльный пузырь? Мыльный пузырь – это тонкая пленка мыльной воды, которая формирует шар с переливчатой поверхностью. Пленка пузырька состоит из тонкого слоя воды, заключенного между двумя слоями молекул поверхностно активного вещества, чаще всего мыла.

Длина самого большого пузыря 4,5 метра

Тайна 2 Получение мыльного пузыря. В принципе пузыри можно формировать из любых жидкостей, точнее растворов поверхностно активных веществ, имеющих достаточную полярность молекул, например, из водных раствором мыла. «Чисто-водяной» пузырь, без раствора ПАВ, будет неустойчив, из-за испарения и малого поверхностного натяжения. Для стабилизации плёнки необходимы поверхностно-активные вещества (ПАВ), первым из которых было изобретено мыло. В принципе пузыри можно формировать из любых жидкостей, точнее растворов поверхностно активных веществ, имеющих достаточную полярность молекул, например, из водных раствором мыла. «Чисто-водяной» пузырь, без раствора ПАВ, будет неустойчив, из-за испарения и малого поверхностного натяжения. Для стабилизации плёнки необходимы поверхностно-активные вещества (ПАВ), первым из которых было изобретено мыло.

Тайна 3 Почему мыльный пузырь имеет форму сферы? Пузырь существует потому, что поверхность любой жидкости (в данном случае воды) имеет некоторое поверхностное натяжение. Наличие сил поверхностного натяжения делает поверхность жидкости похожей на упругую растянутую пленку, с той только разницей, что упругие силы в пленке зависят от площади ее поверхности (то есть от того, как пленка деформирована), а силы поверхностного натяжения не зависят от площади поверхности жидкости. Сферическая форма может быть существенно искажена потоками воздуха и, тем самым, самим процессом надувания пузыря. Однако если оставить пузырь плавать в спокойном воздухе, его форма очень скоро станет близкой к сферической. Однако если оставить пузырь плавать в спокойном воздухе, его форма очень скоро станет близкой к сферической. Коэффициент поверхностного натяжения σ может быть определен как модуль силы поверхностного натяжения, действующей на единицу длины линии, ограничивающей поверхность Коэффициент поверхностного натяжения σ может быть определен как модуль силы поверхностного натяжения, действующей на единицу длины линии, ограничивающей поверхность σ = Fн/2L

С поверхностью жидкости связана свободная энергия Е =σ S где σ коэффициент поверхностного натяжения, S полная площадь поверхности жидкости. Так как свободная энергия изолированной системы стремится к минимуму, то жидкость (в отсутствие внешних полей) стремится принять форму, имеющую минимальную площадь поверхности. Так как свободная энергия изолированной системы стремится к минимуму, то жидкость (в отсутствие внешних полей) стремится принять форму, имеющую минимальную площадь поверхности. Силы натяжения мыльного пузыря формируют сферу потому, что сфера имеет наименьшую площадь поверхности при данном объеме.

Сферическая форма существенно искажается потоками воздуха и самим процессом надувания пузыря

Тайна 4 Оптика мыльного пузыря Горит, как хвост павлиний. Каких цветов в нем нет! Лиловый, красный, синий, Зеленый, желтый цвет. Взлетает шар надутый, Прозрачнее стекла. Внутри его как будто Сверкают зеркала. Огнями на просторе Играет легкий шар, То в нем синеет море, То в нем горит пожар. С. Я. Маршак «Мыльные пузыри»

Интерференция в тонких плёнках Интерференцией световых волн называется сложение двух когерентных волн, вследствие которого наблюдается усиление или ослабление результирующих световых колебаний в различных точках пространства. Когерентные волны – волны, имеющие одинаковую частоту и постоянную во времени разность фаз.

Условие максимума: если разность хода двух волн, возбуждающих колебания в этой точке, равна целому числу длин волн Δd = k λ, k =0,1,2,3,… - волны усилят друг друга, Δd – разность хода лучей Условие минимума: если разность хода двух волн, возбуждающих колебания в этой точке, равна нечётному числу полуволн Условие минимума: если разность хода двух волн, возбуждающих колебания в этой точке, равна нечётному числу полуволн Δd =(2k+1) λ/2, k =0,1,2,3,… - волны погасят друг друга.

Почему же одни мыльные пузыри имеют радужную окраску, а другие – нет? Сначала плёнка бесцветная, так как имеет приблизительно равную толщину. Затем раствор постепенно стекает вниз. Из-за разной толщины нижней утолщённой и верхней утончённой плёнки появляется радужная окраска.

Тайна 5 Толщина плёнки мыльного пузыря Немногие знают, что плёнка мыльного пузыря представляет собой одну из самых тонких вещей, какие доступны невооружённому зрению. «Тонкий, как волос» - означают огромную толщину рядом с толщиной стенки мыльного пузыря, которая в 5000 раз тоньше волоса. Чтобы разрез стенки мыльного пузыря усматривался в виде тонкой линии необходимо увеличение в раз, при таком же увеличении волос будет иметь толщину свыше 2 м. Вверху – игольное ушко, человеческий волос, бацилла и паутинная нить, увеличенные в 200 раз. Внизу – бациллы и толщина мыльной пленки, увеличенные в раз. 1 μ=0,0001 см.

Тайна 6 Долгая жизнь мыльного пузыря Джеймс Дьюар законсервировал мыльный пузырь в герметичном сосуде с двойными стенками на срок более месяца. Забава оказалась полезной: позднее дьюар-сосуд, названный в честь изобретателя, - нашёл применение для хранения и перевозки жидкого азота.

Долгая жизнь пузырей Преподавателю физики из штата Индиана удалось сохранить пузырь в течение 340 дней. Ученики превзошли учителя – пузыри хранились под колпаком помногу лет, и это, похоже, не рекорд. Для обеспечения длительного хранения необходимо соблюсти условия тонкого равновесия мыльной плёнки с окружающим и внутренним пространством, что оказалось далеко не простым делом. Поддержание формы мыльных пузырей требует основательных физических знаний и солидной экспериментальной подготовки.

Тайна 7 Свойства мыльных пузырей на морозе Пузырь при медленном охлаждении переохлаждается и замерзает примерно при –7°C. Коэффициент поверхностного натяжения мыльного раствора незначительно увеличивается при охлаждении до 0°C, а при дальнейшем охлаждении ниже 0°C уменьшается и становится равным нулю в момент замерзания. Сферическая пленка не будет сокращаться, несмотря на то, что воздух внутри пузыря сжимается. Теоретически диаметр пузыря должен уменьшаться в процессе охлаждения до 0°C, но на такую малую величину, что практически это изменение определить очень трудно. Пленка оказывается не хрупкой, какой, казалось бы, должна быть тонкая корочка льда. Если дать возможность мыльному закристаллизовавшемуся пузырю упасть на пол, он не разобьется, не превратится в звенящие осколки, как стеклянный шарик, каким украшают елку. На нем появятся вмятины, отдельные обломки закрутятся в трубочки. Пленка оказывается не хрупкой, она обнаруживает пластичность. Пластичность пленки оказывается следствием малости ее толщины. При выдувании пузырей на сильном морозе –20°C,–25°C сразу же в разных точках поверхности возникают мелкие кристаллики, которые быстро разрастаются и, наконец, сливаются в единую картину, по красоте, не уступающей морозным рисункам на окне.

Тайна 8 Для чего нужны мыльные пузыри? Механизм удаления грязи с помощью мыльной воды Гидрофильная часть моющего вещества взаимодействует с водой, проникает в воду и увлекает с собой частицу загрязняющего вещества, присоединенную к гидрофобному концу.

В метрологии и аэронавтике В метеорологии и аэронавтике прототип мыльного пузыря аэростат (воздушный шар) используется для разведки погоды и увлекательных воздушных путешествий. В оболочке мыльного пузыря находится горячий воздух, который (как известно) обладает меньшей плотностью, чем холодный и собственно, поэтому пузырь способен подниматься вверх. По такому же принципу взлетает в небо аэростат.

В горной промышленности. В горной промышленности с помощью пузырьков, но воздушных, проводят флотацию: процесс обогащения горных руд. Пузырьки в растворе обволакивают частички руды и поднимают её на поверхность, а пустая порода остаётся на дне.

В нефтеперерабатывающей промышленности Мыльные пузыри используются в нефтеперерабатывающей промышленности. Чтобы превратить нефть в различные материалы, необходимые человечеству, ее приходится перерабатывать. Для эффективной переработки нефти российские ученые предлагают использовать мицеллы - по сути, мыльные пузыри. Эти и другие исследования ПАВ поддерживаются российскими и международными грантами. Ученые московского Института химической физики РАН одни из первых выяснили, что если в уже очищенную нефть добавить воды и поверхностно-активные вещества, то в нефти образуются стабильные "мыльные пузыри", наполненные водой. Оказалось, что в этих пузырьках, которые ученые назвали "мицеллами", могут происходить различные химические реакции. Ученые сконструировали такие "микрореакторы" для окислительной переработки углеводородного сырья. Так называемое жидкофазное окисление углеводородов позволяет превратить нефть в органические кислоты, эфиры, мономеры.

Рождение красоты из пены, а кажется – и вовсе из пустоты, из пустяшной капли воды, завораживает

Опыт с мыльными пузырями 1 Воздух вытесняется стенками мыльного пузыря Плёнка мыльного пузыря всё время находится в натяжении и давит на заключённый в ней воздух; направив воронку к пламени свечи, можно убедиться, что сила тончайших пленок не так уж ничтожна; пламя заметно уклонится в сторону.

Опыт с мыльными пузырями 2 В тарелку или чашку кладут предмет, наливают мыльного раствора и воды, чтобы предмет был полностью покрыт мыльным раствором и накрывают воронкой. Затем, медленно поднимая воронку, дуют в её узкую трубочку, - образуется мыльный пузырь; потом постепенно вытаскивают предмет с пузырем. Предмет вокруг мыльного пузыря.

Опыт с мыльными пузырями 3 Несколько пузырей друг в друге Из воронки, выдувают большой мыльный пузырь. Затем совершенно погружают соломинку в мыльный раствор так, чтобы только кончик её, который придётся взять в рот, остался сухим. Просовывают её осторожно через стенку первого пузыря до центра; медленно вытягивая затем соломинку обратно, не доводя её, однако, до края, выдувают второй пузырь, заключенный в первом, в нём – третий четвёртый

Опыт с мыльными пузырями 4 В тарелку или поднос наливают мыльного раствора настолько, чтобы дно тарелки было покрыто слоем в 2-3 мм, в середину кладут предмет и накрывают воронкой. Затем, медленно поднимая воронку, дуют в её узкую трубочку, - образуется мыльный пузырь; когда же этот пузырь достигнет достаточных размеров, наклоняют воронку в сторону, высвобождая из-под неё пузырь. Мыльный пузырь вокруг предмета.

Опыт с мыльными пузырями 5 Вынесите баночку с мыльным раствором на сильный мороз и выдуйте пузырь. Сразу же в разных точках поверхности возникают мелкие кристаллики, которые быстро разрастаются и наконец сливаются.

Опыт с мыльными пузырями 6 Выдуйте шарик там, где есть ковер. В результате мыльный пузырь, не меняя формы и не лопаясь, мягко опускается на ковер и даже подпрыгивает. Поверхность пузыря достаточно упруга. Пузырь опирается на ворсинки ковра и как бы парит в воздухе. Мыльный пузырь подпрыгивает

«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».

Вывод Изучение мыльных пузырей позволило продемонстрировать множество физических законов, которые используются в науке и технике. В ходе своей работы над проектом я пришла к выводу, что мыльные пузыри принесли много пользы людям, а детям много радости и наслаждения.