10

В науке есть немало "мыльных пузырей", вот-вот готовых лопнуть под натиском опытных данных. Взять ту же теорию раздувающейся Вселенной и Большого взрыва, по которой наш мир, некогда лопнув, стал раздуваться, как мыльный пузырь, что ныне противоречит многим наблюдениям. Впрочем, исследует наука и те мыльные пузыри, что приносят реальную пользу. Такие пузыри все мы пускали ещё малышами. Вроде и несерьёзная это вещь – мыльный пузырь и пена, а вон, какую роль играет в науке и технике. А ведь есть ещё и такой загадочный феномен, как антипузыри и плавающие капли. Все эти близкие объекты изучаются давно, однако законченного и общепринятого объяснения они пока не нашли. Даже во взглядах на мыльные пузыри, плёнки и пены, природу их устойчивости учёные до сих пор расходятся. Одни полагали, что всё дело в большой объёмной вязкости мыльного раствора, другие сочли причиной устойчивости плёнок его низкое поверхностное натяжение. Третьи усмотрели главную причину в эластичности монослоя ПАВ и связанной с ним большой поверхностной вязкости мыльного раствора. Четвёртые сочли, что в мыльных плёнках возникает упорядоченная структура. Пятые думали, что монослой стабилизирует мыльные пузыри и пены, уменьшая испарение жидкости из плёнки. Приводили и другие причины, а также различные сочетания перечисленных, что, впрочем, не проясняло, а скорее запутывало картину: ведь не было однозначного объяснения. Из многих факторов, лишь продляющих жизнь мыльных плёнок, следовало выбрать один такой, без которого само существование пен, пузырей и подобных им образований было бы невозможно. Исследование мыльных плёнок, и особенно таких загадочных объектов как антипузыри и плавающие капли, интерес представляет отнюдь не праздный. Понимание причин устойчивости этих образований позволит управлять стабильностью коллоидных систем (эмульсий, пен, золей), решив тем самым важную для многих областей науки и производства задачу. Основываясь на лёгком скольжении плавающих капель, антипузырей и антипен, предлагают создать новые типы подшипников и смазочных материалов. А тонкие и протяжённые щелевые "туннели" между каплями антипены хотят использовать в качестве газовых фильтров. Но пока эти и другие разработки упираются в нестабильность, недолговечность мыльных пузырей, антипузырей и анентип. Я столкнулся с проблемой неустойчивости мыльных пузырей при попытке изготовления растворов для мыльных пузырей в домашних условиях. Экспериментируя со смесями различных веществ, убедился, что существуют вещества, добавление которых в смесь делает мыльный пузырь более устойчивым, увеличивает "время жизни" мыльного пузыря.

В 7 классе на внеклассном занятии по физике мы кратко знакомились со свойствами жидкостей: поверхностным натяжением и вязкостью. Изучив имеющуюся литературу о мыльных пузырях, обратил внимание, что о поверхностном натяжении и его влиянии на образование мыльного пузыря написано очень много. А вот вопрос о зависимости качества мыльных пузырей от вязкости жидкости рассматривается очень редко, практически не рассматривается. Вязкость – внутреннее трение. Чем больше вязкость жидкости, тем большее сопротивление движению она создаёт. Для определения вязкости жидкости применил прибор, изготовленный (с помощью родителей) по схеме, представленной в учебнике Л.И. Анциферова «Физика. 10 класс».Издательство «Мнемозина».

В Интернете предлагается очень большое количество рецептов мыльных пузырей, но состав во многих рецептах повторяется. Основными компонентами многих рецептов являются: шампунь, сахарный сироп, глицерин, вода, желатин, хозяйственное мыло, жидкость для мытья посуды. Все компоненты взаимозаменяемы. Но не из каждого состава получаются устойчивые и большие мыльные пузыри. Я остановил свой выбор на четырёх составах: Состав №1- 6 частей воды, 2 части моющего средства «Fairy». Состав №2- 2 части хозяйственного мыла, 6 частей воды, 2 капли нашатырного спирта. Состав №3- 2 части моющего средства «Fairy», 6 частей дистиллированной воды, 1 часть глицерина, Состав №4- 2 части мыла, 4 части глицерина, 1 часть сахарного сиропа (50 г сахара и 10 г кипятка), 8 частей дистиллированной воды. Предположим, что время жизни мыльных пузырей из растворов, имеющих большую вязкость, значительно превышает время жизни пузырей из растворов с низкой вязкостью; пузыри из составов с большой вязкостью имеют большие диаметры и сохраняются относительно долго; вязкость состава для мыльных пузырей оказывает значительное влияние на размер и время жизни мыльного пузыря.

Цель моей работы: 1) Определить динамическую вязкость жидкостей (растворов №1-№4) для надувания мыльных пузырей с помощью прибора, изготовленного по схеме, представленной в учебнике Л.И.Анциферова. 2)Выявить время жизни мыльного пузыря и его размер в зависимости от коэффициента вязкости. Таким образом задачами исследования стали: 1. Знакомство с историей мыльного пузыря. 2. Изучение строения и формы мыльного пузыря. 3. Подбор рецептов изготовления качественных мыльных пузырей в домашних условиях. 4. Изготовление прибора для определения вязкости жидкостей. 5. Определение коэффициента динамической вязкости выбранных растворов. 6. Проведение эксперимента (надувание мыльных пузырей), определение «времени жизни» мыльного пузыря, определение максимального размера мыльного пузыря. 7. Выводы.

1)Изготовил прибор для определения вязкости жидкости: прибор представляет собой двойной алюминиевый стакан, между стенками которого находится исследуемая жидкость. В жидкости вращается цилиндр Ц, укреплённый на оси О. На этой же оси укреплён барабан Б, на который наматывается нить, вращающая цилиндр под действием опускающегося груза Г. При равномерном вращении цилиндра моменты силы тяжести и вязкого трения равны FR=mgr, откуда F =mgr/R. Сила F – вязкого трения зависит от модуля скорости вращения цилиндра v, от площади соприкосновения цилиндра с жидкостью - S , от расстояния между цилиндром и стенками стакана. Площадь рассчитываем по формуле S=2пRh, где h расстояние от края цилиндра до поверхности жидкости. Скорость будем измерять следующим способом: на барабан можно наматывать определенное количество витков N. При опускании груза быстро устанавливается равномерное движение, при котором можно по секундомеру определить время t и подсчитать частоту вращения v= N/t, а затем и скорость v=2пRv. Связь между величинами F,v,S,L подтверждена экспериментально: Сила вязкого трения пропорциональна площади и скорости и обратно пропорциональна расстоянию L: F=nSv/L. Коэффициент пропорциональности n, зависящий от природы и состояния жидкости называют вязкостью жидкости. Единица вязкости - 1 Па*с. n=FL/vS – формула для определения вязкости 2) Провел экспериментальное исследование вязкости растворов. Вязкость составов №1 - №4 сравнил с вязкостью состава, содержащего стиральный порошок- 1 чайная ложка+100 мл воды дистиллированной (состав №0). Состав №0-0,011Па*с, состав №1- 0,031 Па*с, состав №2- 0,04 Па*с, состав №3-0,05 Па*с, состав №4- 0,1 Па*с. Вывод: Значение вязкости состава №0 , полученное в эксперименте, находится в интервале: 0,009<0,011<0,012 Вязкости составов, полученные экспериментально превышают вязкость воды (10-3 Па*с), но гораздо меньше вязкости глицерина. Вязкость состава №4 (0,1 Па*с) близка к табличной вязкости глицерина (0,15 Па*с). 3)Определил среднее время жизни мыльных пузырей, полученных из составов №0-№4 №0-10с №1-30с №2-1 мин(60с) №3- 3 мин(180 с) №4- 5 мин (300с). 4)Определил средние размеры мыльного пузыря, диаметр (в мм). №0- 100мм №1-2 - 200 мм №3-400 мм №4 - 500 мм. 5)Провёл для каждого состава тест на "Матрёшку" (см.приложение). В результате проведённого эксперимента выяснил: 1.Время жизни мыльных пузырей из растворов, имеющих большую вязкость, значительно превышает время жизни пузырей из растворов с низкой вязкостью. 2.Пузыри из растворов с низкой вязкостью раствора более лёгкие, воздушные, легко отрываются от соломинки, но быстро лопаются. 3.Пузыри из составов с большой вязкостью имеют большие диаметры, сохраняются относительно долго, но плохо перемещаются в воздухе. 4.Из вязких составов (№3-4) можно составлять различные объекты - матрёшки, черепашки, цветочки. (Приложение) 5.Вязкость состава для мыльных пузырей оказывает значительное влияние на размер и время жизни мыльного пузыря.

Моя работа может быть полезна моим сверстникам,которые в домашних условиях составляют растворы для мыльных пузырей. Выдувание устойчивых и крупных мыльных пузырей очень увлекательное занятие, и не только! Например, известно, что в оболочке мыльного пузыря находится горячий воздух, который обладает меньшей плотностью, чем холодный и собственно, поэтому пузырь способен подниматься вверх. По такому же принципу взлетает в небо аэростат. Аэростат (воздушный шар) — используется для разведки погоды и увлекательных воздушных путешествий. Данную информацию и устойчивый мыльный пузырь можно использовать на уроках физики, как модель воздушного шара Устойчивые мыльные пузыри можно применять при изучении интерференции света в 9 и 11 классах. Моя работа полезна всем, кто интересуется физикой и свойствами жидкостей. Прибор, изготовленный для проведения эксперимента, можно использовать на уроках физики при изучении свойств жидкостей (для определения коэффициента вязкости).

 

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

                                               У. Кельвин

Моя исследовательская работа "Секреты устойчивости мыльного пузыря" будет интересна всем, кто интересуется физикой жидкостей и тем, кому нравится выдувать необычно крупные и долго живущие мыльные пузыри.

Мыльный пузырь — конструкция очень устойчивая. Что же придает такую устойчивость пузырю, изготовленному из тончайшей жидкой пленки. Дело явно не только в форме: из чистой воды устойчивый пузырь не получается, а из воды с добавкой мыла формируется тонкий, устойчивый, разноцветный пузырь. Каковы причины устойчивости мыльного пузыря? Это основополагающий вопрос моей работы.

Цели моей работы: Определить  динамическую вязкость жидкостей для надувания мыльных пузырей, выявить время жизни мыльного пузыря и его размер  в зависимости от коэффициента вязкости.

Задачи исследования:

• Знакомство с историей мыльного пузыря.
• Изучение строения и формы мыльного пузыря.
• Подбор рецептов изготовления качественных мыльных пузырей  в домашних условиях.
• Изготовление прибора для определения вязкости жидкостей.
• Определение  коэффициента динамической вязкости выбранных растворов.
• Проведение эксперимента (надувание мыльных пузырей), определение «времени жизни»  мыльного пузыря, определение максимального размера мыльного пузыря.
• Выводы.

 Изготовив прибор для определения вязкости жидкости,  по схеме, представленной в учебнике Л.И. Анциферова «Физика. 10 класс», Издательство «Мнемозина»  я определил вязкость  жидкостей для выдувания мыльных пузырей, и сравнил её с вязкостью состава из которого трудно получить устойчивые мыльные пузыри. В своей работе я исследовал время жизни мыльных пузырей, размер мыльных пузырей и возможность получать из составов композиции из мыльных пузырей (тест МАТРЁШКА) в зависимости от коэффициента вязкости мыльного состава.

Были получены сследующие результаты:

1. Время жизни мыльных пузырей из растворов,  имеющих большую вязкость,  значительно превышает время жизни пузырей из растворов  с низкой вязкостью.
2. Пузыри из растворов с низкой вязкостью раствора более лёгкие, воздушные, легко отрываются от соломинки, но быстро лопаются.
3. Пузыри из составов с  большой вязкостью имеют большие диаметры, сохраняются относительно долго, но плохо перемещаются в воздухе.
4. Из вязких составов (№3-4)  можно составлять различные объекты - матрёшки, черепашки, цветочки. 
5. Вязкость состава для мыльных пузырей оказывает значительное влияние на размер и время жизни  мыльного пузыря.