Мистерията на сапунените мехурчета. Започнете в науката Изследователски проекти балони
Соловьов Григорий
Имаше толкова много блясък
Имаше такава арогантност
А той - вода и сапун
Подута смес.
Сапунен мехур - дизайнът е много стабилен. Ако си спомняте това строителен материале главно вода, - стабилността на сапунения мехур не може да не учудва. Какво дава такава стабилност на балон, направен от най-тънкия течен филм? Крайна простота и съвършенство на формата? Очевидно е така! Така наречените "архитектурни излишъци", ако наистина са "ексцеси", обикновено не допринасят за подобряването и надеждността на дизайна. Но по-проста, по-величествена и по-съвършена форма от сферата, не! Но въпросът очевидно не е само във формата: стабилен балон не се получава от чиста вода, а тънък, стабилен, многоцветен мехур се образува от вода с добавяне на сапун.
Изтегли:
Визуализация:
Министерство на образованието и науката на Република Хакасия
MOU Новоросийск средно училище
Научно-практическа конференция
Мистерията на балона
свърших работата:
Соловьов Г.
Научен съветник:
Сидорина С.Н.
Учител в начално училище
Новоросийск 2010г
- 1 Структура на стената от сапунени мехурчета
- 2 Физически основи
- 2.1 Повърхностно напрежение и форма
- 2.2 Замразяване на мехурчета
- 2.3 Сливане на мехурчета
- 2.4 Интерференция и отражения
- 3 Математически свойства
- 4 Как да си направим сапунени мехурчета
- 4.1 Компоненти
- 4.2 Процедура
- 4.3 Гигантски балон
- 5 Експериментално
Въведение
Имаше толкова много блясък
Имаше такава арогантност
А той - вода и сапун
Подута смес.
Самуил Маршак "Сапунени мехурчета"
- Да се анализира научната литература по проблема за образуването на сапунен мехур
- Разкрийте съставките за по-устойчив сапунен мехур.
- Проверете какво определя размера на сапунения мехур и неговата издръжливост.
Сапунен мехур
Сапунен мехур - тънък многослоенфилмсапуненивода, пълна с въздух, обикновено във форматасферипреливащи се повърхност. Сапунените мехурчета обикновено траят само няколко секунди и се спукват при докосване или спонтанно. Те често се използват в своите игри от деца.
Структура на стената от сапунени мехурчета
Филмът с мехурчета се състои от тънък слой вода, поставен между два слоя молекули, най-често сапун. Тези слоеве съдържат молекули, една част от които ехидрофилен, и другият хидрофобни. Хидрофилната част се привлича от тънък слой вода, докато хидрофобната част, напротив, се изтласква. В резултат на това се образуват слоеве, които предпазват водата от бързо изпаряване, както и намаляватповърхностно напрежение.
Физически основи
Повърхностно напрежение и форма
Мехурът съществува, защото повърхността на всяка течност (в този случай вода) има някакво повърхностно напрежение, което кара повърхността да се държи като нещо.еластична. Въпреки това балонът, направен само от вода, е нестабилен и бързо се спука. За да стабилизират състоянието си някоиповърхностноактивни веществанапример сапун. Често срещано погрешно схващане е, че сапунът повишава повърхностното напрежение на водата. Всъщност той прави точно обратното, намалявайки повърхностното напрежение до около една трета от това на чистата вода. Когато сапунен филм се разтегне, концентрацията на сапунени молекули върху повърхността намалява, увеличавайки повърхностното напрежение. По този начин сапунът селективно укрепва слабите зони на балона, предотвратявайки тяхното допълнително разтягане. В допълнение към това, сапунът предпазва водата от изпаряване, като по този начин удължава живота на мехурчетата.
Сферичната форма на балона се получава и поради повърхностно напрежение. Силите на напрежение образуват сфера, тъй като сферата има най-малката повърхност за даден обем. Тази форма може да бъде значително изкривена от въздушните течения и самия процес на надуване на мехурчета. Въпреки това, ако мехурът се остави да плува в неподвижен въздух, формата му много скоро ще стане близка до сферична.
Замръзващи мехурчета
Връзка на сапунени мехурчета
Ако надуете балонтемпература −15 °C, ще замръзне при контакт с повърхността. Въздухът вътре в балона постепенно ще изтече и в крайна сметка балонът ще се срути под собствената си тежест.
При -25°C мехурчетата замръзват във въздуха и могат да се счупят, когато ударят земята. Ако надуете балон с топъл въздух при тази температура, той ще замръзне в почти перфектна сферична форма, но тъй като въздухът се охлажда и намалява по обем, балонът може частично да се срути и формата му ще бъде изкривена. Мехурчетата, надути при тази температура, винаги ще бъдат малки, тъй като бързо ще замръзнат и ако продължите да ги надувате, те ще се спукат.
Сливане на мехурчета
Когато две мехурчета се съберат, те приемат формата с възможно най-малка повърхност. Общата им стена ще стърчи в по-големия балон, тъй като по-малкият балон има по-голямсредна кривинаи повече вътрешно налягане. Ако мехурчетата са с еднакъв размер, общата им стена ще бъде плоска.
Правилата, на които мехурчетата се подчиняват, когато са свързани, са експериментално установени19 векбелгийски физикДжоузеф платои доказано математически в1976 гДжийн Тейлър.
- Сапунените филми са на парчегладка повърхност, средна кривинакоято е постоянна на всеки гладък участък.
- Ако има повече от три мехурчета, те ще бъдат разположени по такъв начин, че само три стени могат да бъдат свързани близо до един ръб, докато ъглите между тях ще бъдат равни на 120 °, поради равенството на повърхностното напрежение за всяка контактна повърхност .
- Пресечните линии на повърхнините се пресичат в една точка на четири части, а ъгълът между всеки две е равен на arccos(-1/3)≈109,47°.
Мехурчетата, които не спазват тези правила, по принцип могат да се образуват, но те ще бъдат силно нестабилни и бързо ще придобият правилната форма или ще се срутят.пчеликоито се стремят да намалят потреблениетовосък, свържете се Медена питав копривна трескасъщо под ъгъл от 120°, като по този начин се образуваправилни шестоъгълници.
Интерференция и отражения
Отражение на облаци в сапунен мехур
Преливаща "дъга"цветовесапунените мехурчета се произвеждат отинтерференция на светлинни вълнии се определят от дебелината на сапунения филм.
Кога светлинапреминава през тънък филм на мехурчето, част от него се отразява от външната повърхност, докато другата част прониква във филма и се отразява от вътрешна повърхност. Цветът на радиацията, наблюдавана при отражението, се определя от интерференцията на тези две отражения. Тъй като всяко преминаване на светлина през филма създава фазово изместване, пропорционално на дебелината на филма и обратно пропорционално на дължината на вълната, резултатът от интерференцията зависи от две величини. Когато се отразят, някои вълни се добавят във фаза, докато други са извън фаза и в резултат на това бялата светлина, сблъскваща се с филма, се отразява с оттенък в зависимост от дебелината на филма.
Тъй като филмът става по-тънък поради изпаряването на водата, може да се наблюдава промяна в цвета на мехурчето. По-дебел филм премахва червения компонент от бялата светлина, като по този начин прави отразената светлина синьо-зелена. По-тънък филм премахва жълтото (оставя синя светлина), след това зеленото (оставя магента) и след това синьото (оставя златисто жълто). В крайна сметка стената на мехурчето става по-тънка от дължината на вълната на видимата светлина, всички отразени вълни от видима светлина се събират в противофаза и ние изобщо спираме да виждаме отражението (на тъмен фон тази част от мехурчето изглежда като "опасно място"). Когато това се случи, дебелината на стената на мехурчетата е по-малка от 25нанометрии балонът вероятно скоро ще се спука.
Ефектът на интерференцията също зависи от ъгъла, под който светлинният лъч удря филма с мехурчета. По този начин, дори ако дебелината на стената беше еднаква навсякъде, ние пак ще наблюдаваме различни цветове поради движението на балона. Но дебелината на балона непрекъснато се променя поради гравитацията, която издърпва течността към дъното, така че обикновено можем да видим ивици с различни цветове, които се движат отгоре надолу.
Математически свойства
Образуват се сапунени мехурчетапяна
Сапунените мехурчета също са физическа илюстрация на проблема.минимална повърхност, сложен математически проблем. Например, въпреки факта, че от 1884 г. е известно, че сапуненият мехур има минимална повърхност за даден обем, едва през 2000 г.че две обединени мехурчета също имат минимална повърхност за даден обединен обем. Този проблем се нарича теорема за двойния балон. Също така, само с появата на теорията на геометричната мярка беше възможно да се докаже, че оптималната повърхност ще бъдегладка на парчета, и не е безкрайно счупен.
Филмът на сапунен мехур винаги има тенденция да минимизира неговата повърхност. Това се дължи на факта, чебезплатна енергиятечният филм е пропорционален на неговата повърхност и има тенденция да постигне минимум:
където σ е повърхностното напрежение на веществото, иС е общата повърхност на филма. Оптималната форма за един балон е сфера, но множеството мехурчета, комбинирани заедно, имат много по-сложна форма.
Как да си направим сапунени мехурчета
Сапунен мехур
Най-лесният начин е да използвате специална течност за сапунени мехурчета (която се продава като играчка) или просто да смесите течност за миене на съдове с вода. Но последният метод може да не ви даде толкова добри резултати, колкото бихте искали да получите, така че ето няколко трика, които да ви помогнат да подобрите резултата:
Компоненти
- Нещо, което намалява повърхностното напрежение на водата, като течен сапун или бебешки шампоан. Колкото по-чист е сапунът (без парфюм или други добавки), толкова по-добър може да бъде резултатът.
- Нещо за запечатване на водата. Най-често използванглицерол(които могат да бъдат закупени нааптека). Можете да използвате и захар, която е най-добре разтворена в топла вода. Въпреки това, плътността на водата може да стане твърде висока, така че умереността е важна.
- Дестилирана вода. Водата от чешмата съдържа калциеви йони, които свързват сапуна. Дестилираната вода работи по-добре.
Процедура
- Ако оставите сместа отворена за няколко часа, тогава нейната плътност също ще стане по-висока. Но отново, ако стане твърде високо, ще бъде трудно да се издухат мехурчета.
- Най-добре е да избягвате мехурчетата или пяната по повърхността на сместа, като ги почистите внимателно или просто изчакате да изчезнат.
- Колко лесно е да се правят мехурчета зависи от много различни фактори. Различен сапун, различни условия околен святнапример, по-добре е да избягвате прашен въздух или вятър. Освен това, колкото повече влажност, толкова по-добре, което означава, че е по-добре да правите мехурчета в дъждовен ден. С други думи, най-добрият начин да намерите идеалното решение е чрез проба и грешка.
Как да издухате гигантски сапунени мехурчета
- Нека първо направим сапунен разтвор. ще ни трябва:
Някакъв контейнер.
Вода (1 л.).
Препарат (напр. Fairy) или душ гел (напр. Palmolive) (150-200 ml).
Малко глицерин, който може да се купи в аптеките (25 мл.).
(По избор) Личен лубрикант, немаслена основа, също се предлага от аптеките (25 ml).
Две пръчки с всякакъв размер, но за категоричност нека са 30 см.
Памучно въже около 50см.
2. За да са трайни мехурчетата, водата трябва да е мека, по-добре е да е дестилирана.
3. Загрейте водата и я изсипете във вашия съд. Като контейнер е по-добре да използвате такъв, който има широк капак, така че нашата надуваща машина да може свободно да се спуска там. Ако използвате стъклен съд, не забравяйте, че гореща вода трябва да се излива в него постепенно, като се затоплят стените на съда, в противен случай ще се спука.
4. Колко лесно ще бъде надуването на мехурчета зависи от много параметри, по-специално от влажността на въздуха в района, където живеете. Ето защо, ако искате да постигнете идеалния състав, изсипвайте душ гела във водата на няколко порции, като всеки път проверявайте дали разтворът ви се е подобрил. Ако сте нетърпеливи, можете веднага да смесите 150 мл. гел с вода, мехурчетата могат да се надуят дори при несъвършен състав.
5. Добавете 25 ml към разтвора. глицерин и 25 мл. лубрикант (можете и без лубрикант) и разбъркайте всичко добре. Внимавайте да не образувате пяна, докато бъркате. Ако все пак се появи, можете да го премахнете с лъжица.
6. Тествайте разтвора, като издухате балон през тръбата. Не се притеснявайте, ако мехурчетата излизат нормално досега. Тайната на огромните мехурчета не е само в рецептата за сапунен разтвор. Чувствайте се свободни да добавите гел или други съставки, ако искате да експериментирате.
7. Сега трябва да направите надуваемо устройство. Състои се от две пръчки, между които е вързано въже, така че да образува триъгълник.
8. Най-добре е да духате мехурчета навън при тихо време (или при лек бриз). Спуснете инфлатора в разтвора, след това го повдигнете и започнете да се движите назад. Полученият въздушен поток ще надуе мехурчето. Забавлявайте се и не се колебайте да експериментирате!
експериментална част аз.- Приготвяне на разтвор В резултат на експеримента беше установено, че най-издръжливите и еластични филми се получават от смес от сапун за пране, захар и желатин (заменете глицерина), а детергентите Fairy и Fa (с добавка на глицерин) също показват добри резултати . Концентрацията на почистващия препарат зависи от влажността в помещението, температурата и много други фактори. Резултатите от експеримента са представени в таблицата
II. - Телени рамки При потапяне на обемни рамки в сапунен разтвор се получават филми с удивителна форма. В случай на куб, тетраедър, цилиндър и много други форми, филмите са прикрепени към ръбовете и се събират вътре. Площта на филмите, опънати върху рамката, винаги е минимална, т.к това съответства на минималната повърхностна енергия. С помощта на рамки можете визуално да решите някои геометрични и архитектурни проблеми. При проектирането на сгради покривите на оформленията се правят под формата на рамки. Изчислението се проверява с помощта на сапунени филми, които се образуват върху тези рамки. Необходимо условиеза получаване на сапунени филми - затвореността на рамката. За да се образува сапунен филм върху спиралата, е необходимо да свържете първия и последния завой с ос. Оста не трябва да минава в центъра, нейната задача е да затвори рамката. Спираловидната рамка може да бъде направена по-добре, така че да можете да дърпате заедно и да раздалечавате завоите на спиралата. Няколко мехурчета един в друг Първо духнете голям балон. След това, след намокряне на тръбата изпод коктейла в сапунена вода и пробиване на голям мехур, бавно издърпваме тръбата назад, без да я довеждаме до ръба, издухваме втория балон, съдържащ се в първия. За да не се спукат мехурчетата при контакт с ръката, тя трябва първо да се навлажни със сапунена вода. Фигурка в балон
Необходимо условие за получаване на сапунени филми е затвореността на рамката. Сапуненият мехур, при контакт с твърда, неподмокряща се повърхност, не се срива. На такава повърхност той има сферична форма, тъй като масата на балона е изключително малка и гравитацията не влияе на формата му. |
||||||||||||||||||||
Визуализация:
За да използвате визуализацията на презентации, създайте акаунт (акаунт) в Google и влезте: https://accounts.google.com
Надписи на слайдове:
Мистерията на сапунения балон Изпълни: Соловьев Гриша ученик 4 клас
Имаше толкова много блясък в него, Имаше такава арогантност, А той - вода и сапун Подута смес. Самуил Маршак "Сапунени мехурчета"
Целта на работата е да разкрие тайната на сапунения мехур. Цели: Да се анализира научната литература по проблема с образуването на сапунени мехурчета Да се идентифицират компонентите за по-устойчив сапунен мехур. Проверете какво определя размера на сапунения мехур и неговата издръжливост.
Добавка на препарат Концентрация на сапуна, % Среден диаметър на сапунените мехурчета, cm Сапун за пране 1/4 част захар с желатин 20 11-12 сапун "глицерин" - 27 7 "Фея" - 12 10 "Fa" + 1/3 глицерин 37 8
Сучков Иля
Ръководител проект:
Козлова Надежда Петровна
институция:
MBOU "Пеновска средно училище на името на Е. И. Чайкина" с. Пено
Изследователска работа в начално училище"Тайните на сапунените мехурчета"изпълнено от ученик от 1 клас на общообразователно училище. Тази работа е посветена на изучаването на природата и свойствата на сапунените мехурчета, както и на процеса на приготвяне на най-подходящия сапунен разтвор у дома.
Авторът на изследователския проект в ОУ „Тайните на сапунените мехурчета” изучава теоретичен материал за историята на сапунените мехурчета, изучава основните им свойства. Практическата част на проекта съдържа основни рецепти за приготвяне на сапун с балон у дома, където ученикът сравнява размера и издръжливостта на получените сапунени мехурчета.
В това проект в начално училище "Тайните на сапунените мехурчета"Ученик от 1 клас ще демонстрира забавни експерименти и експерименти със сапунени мехурчета, направени с инструменти като коктейлна тръба, фуния, бутилка без дъно, телена рамка, устройство от пръчки и конец.
Въведение
1. Какво е сапунен мехур.
2. История на сапунените мехурчета.
3. Уникални свойства на сапунените мехурчета.
3.1 Защо сапунените мехурчета са сферични.
3.2 Защо сапунените мехурчета имат преливащи се цветове.
3.3 Защо сапунените мехурчета не летят дълго време.
3.4 Сапунени мехурчета в студа.
3.5 Широко разпространение на сапунени мехурчета.
4. Как да си направим сапунени мехурчета у дома.
4.1. Рецепти за приготвяне на разтвор за сапунени мехурчета.
4.2. Забавни преживявания и експерименти със сапунени мехурчета.
Заключение
Библиография
Приложение
пуснах мехурчета! Толкова са много, вижте, летят над мен, слънцето грее в тях. Разпръснати мехурчета Не ги взимайте в ръцете си, Не се опитвайте да ги хванете. Толкова е лесно да ги изплашите! Просто докоснете ръката си, Clap! ... И празно над теб!
О.Борисова
Въведение
Сапунените мехурчета са безтегловни, почти неуловими и толкова красиви. Те вдъхновяват много хора, носят радост и удоволствие. Раздуването на водни балони е любимо занимание на всички поколения. Сапунени мехурчета, които са боядисани последователно в различни цветове на дъгата, изглеждат приказни и вълшебни.
Независимо от възрастта, мехурчетата предизвикват ентусиазирани крясъци у хората и непреодолимо желание незабавно да настигнат и уловят бягащата пенлива топка.
Решения за издухване на това чудо на дъгата се продават в магазина, има различни генератори за получаване на сапунени шедьоври. Но възможно ли е да направите сапунени мехурчета у дома, от кое решение можете да получите най-големите и издръжливи сапунени мехурчета? Тази работа ще бъде посветена на решаването на тези проблеми.
уместност: В момента сапунените мехурчета са едни от най-продаваните играчки. Но вероятно всеки от нас поне веднъж се замисли за въпроса: „Възможно ли е да се приготви сапунен разтвор у дома, мехурчетата от който ще зарадват с крехката си красота?
Абсолютно всички деца са естествено любознателни и обичат да откриват нещо непознато. Актуалността на тази работа се дължи на развитието на креативността при децата, желанието за нови открития.
Цел на изследването : Създавайте сапунени мехурчета у дома, идентифицирайте най-успешната рецепта за приготвяне на сапунени мехурчета, провеждайте експерименти и експерименти със сапунени мехурчета.
Обект на изследване : сапунен мехур.
Предмет на изследване : процесът на приготвяне на разтвори у дома и методи за издухване на сапунен мехур.
За постигане на тази цел е необходимо да се реши следното задачи:
- Изучаване на теоретичен материал по темата " балон»;
- Запознайте се с историята на сапунените мехурчета;
- Научете тайните и свойствата на сапунения мехур;
- Научете рецепти за приготвяне на разтвор за издухване на сапунени мехурчета;
- У дома провеждайте експерименти и експерименти за надуване на различни видове сапунени мехурчета.
Изследователски методи:
- Анализ на научната литература по това изследване.
- Наблюдение на сапунени мехурчета от различни разтвори.
- Експериментирайте.
Хипотези:
Да приемем, че сапунените мехурчета се образуват от сапунен разтвор, а течността за издухване на сапунени мехурчета може да се приготви у дома.
Размерът и стабилността на сапунените мехурчета зависи от състава на течността за сапунени мехурчета.
Текстът на творбата е поставен без изображения и формули.
Пълната версия на работата е налична в раздела „Данни файлове“ в PDF формат
1. Теоретична част 5
1.1. Произход на сапунени мехурчета 5
1.2. Теоретични аспекти на изследването на сапунените мехурчета 6
1.3. Сферична форма на сапунени мехурчета 8
1.4. Оптика за сапунени мехурчета 9
1.5. Свойства на сапунени мехурчета в студа. 12
2. Практическа част 15
2.1. Метод за приготвяне на сапунени мехурчета 15
2.2. Експеримент 16
Литература 19
Приложение 1. 20
Приложение 2. 22
Приложение 3. 24
Приложение 4. 25
Въведение
„Сапунен мехур, може би,
най-удивителното и най
изящен природен феномен.
Марк Твен
Уместност.
Обичам да духам балони. Обичам да се възхищавам на тяхната кръгла форма и преливаща се повърхност с различни цветове. Винаги съм искал да получа балон, който да не прилича на топка, така че формата му да наподобява формата на куб или глава на някакво животно. Но, за съжаление, моите сапунени мехурчета винаги се оказваха само кръгли.
Защо сапунените мехурчета са кръгли като балони? Може би, ако използвате определени рамки, за да надуете балона, тогава ще получите балон с различна форма? Възможно ли е да се приготви разтвор за издухване на мехурчета у дома? Защо толкова лесно се унищожават? Помислете за проблема с получаването на кръгли сапунени мехурчета.
Производството и изучаването на сапунени мехурчета ви позволява да демонстрирате, "усещате" много физически закони, които са от първостепенно значение в науката и технологиите.
Въз основа на описаните противоречия определихме обекта, предмета и целта на нашето изследване.
Обект на изследване:балон.
Предмет на изследване:форма, състав и свойства на сапунените мехурчета.
Изложих следното хипотеза:като използвате различни рамки, можете да направите некръгли сапунени мехурчета.
Цел на моето изследване:идентифицират свойствата на сапунените мехурчета и как се приготвят.
Ще постигна целта си чрез решаване задачи:
събира информация за приготвянето, свойствата и формата на сапунените мехурчета;
пригответе разтвор за приготвяне на сапунени мехурчета у дома и извадете сапунени мехурчета от него;
анализират теоретичните и практическите резултати от получаването на сапунени мехурчета, техните свойства и форма.
Етапи на изследване:
събирайте информация за формата и свойствата на сапунените мехурчета (попитайте родителите, прочетете в книга, намерете в интернет);
купете рамки с различни геометрични форми за издухване на мехурчета;
пригответе разтвор за сапунени мехурчета;
определете кое решение за правене на мехурчета е най-доброто;
опитайте се да издухате мехурчета с различни геометрични форми;
сравняват теоретичните и практическите резултати от направата на сапунени мехурчета;
Методи и техники:наблюдение, експеримент, анализ.
- Теоретична част
- Произход на сапунени мехурчета
Рожденият ден на сапунения балон остава мистерия и до днес. Но със сигурност се знае, че по време на разкопките на древния Помпей археолозите откриха необичайни фрески, изобразяващи млади помпейци, издуващи сапунени мехурчета. Очевидно те са имали свои собствени тайни за производство на сапун.
През Средновековието върху надгробните плочи е поставяно изображението на ангел, който духа мехурчета и е добавен надпис: „Никой няма да избяга от това“. С това, очевидно, те искаха да кажат, че животът е крехък, като сапунен мехур.
През 19 век се издават пощенски картички с изображението на момче, което духа мехурчета.
Напразно забавление млад мъжиздухване на сапунени мехурчета.
Сапунените мехурчета бяха не само детско забавление, но и обект на философите да мислят за смисъла на живота. Не само красив природен феномен, но и заинтересуван от сериозни учени. Чарлз Бойс публикува фундаментална работа „Сапунени мехурчета“ преди сто години, която и до днес е едновременно забавна детска книжка и настолен наръчник за физици-теоретици и експериментатори.
Не по-късно от 1839г.
Така сапунените мехурчета радваха деца и възрастни още по времето на древния Помпей. Философи, художници, учени се интересуват от векове, като не оставят никого безразличен в 21 век.
- Теоретични аспекти на изследването на сапунените мехурчета
Сапуненият мехур е тънък филм от сапунена вода, който образува топка с преливаща се повърхност.
Филмът с мехурчета се състои от тънък слой вода, притиснат между два слоя молекули, най-често сапун (Фигура 1).
Фигура 1. Схема на структурата на филм от сапунени мехурчета.
А и С - слой от сапунени молекули; B - слой от водни молекули
Тези слоеве се състоят от доста сложни молекули - русалки - едната част от които е хидрофилна (обича да контактува с вода), а другата е хидрофобна (избягвайте такъв контакт, „страхувайки се“ от вода).
Хидрофилната част е разделена електрически зарядиима диполен момент. Тя е привлечена от тънък слой вода. Докато хидрофобната - която е "опашка" от въглеродна верига с дължина 2,5 nm, напротив, се изтласква. В резултат на това се образуват слоеве, които предпазват водата от бързо изпаряване, както и намаляват повърхностното напрежение (Фигура 2).
Въпреки това балонът, направен само от вода, е нестабилен и бързо се спука. За да се стабилизира състоянието му, повърхностно активните вещества, като сапун и глицерин, се разтварят във вода.
Фигура 2. Схема на структурата на молекулите с хидрофилни и хидрофобни части.
Чрез директни измервания е установено, че повърхностното напрежение на водата намалява два пъти и половина: от 7 ∙10 -2 до 3 ∙10 -2 J/m 2 .
Когато сапуненият филм се разтегне, останалите сапунени молекули ще излязат от обема му на повърхността, завършвайки конструкцията на палисадата. По този начин сапунът селективно укрепва слабите зони на балона, предотвратявайки тяхното допълнително разтягане. Когато всички молекули на повърхностно активното вещество напуснат обема на филма, по-нататъшното му разтягане ще доведе до разрушаване на мехурчето. Филмът от сапунен мехур е едно от най-тънките неща, достъпни с просто око.
- Сферична форма на сапунени мехурчета
Мехурът съществува, защото повърхността на всяка течност (в този случай вода) има известно повърхностно напрежение. Наличието на сили на повърхностно напрежение прави повърхността на течността да изглежда като еластичен разтегнат филм, с единствената разлика, че еластичните сили във филма зависят от неговата повърхност (тоест от това как филмът се деформира), а силите на повърхностно напрежение не зависят от повърхността на течността.
Сапунените мехурчета са физическа илюстрация на проблема с минималната повърхност, сложен математически проблем. Въпреки че е известно от 1884 г., че сапуненият мехур има минимална повърхност за даден комбиниран обем, едва през 2000 г. е доказано, че два комбинирани мехурчета имат минимална повърхност за даден комбиниран обем. Този проблем се нарича теорема за двойния балон.
Сферичната форма може да бъде значително изкривена от въздушни течения и по този начин от самия процес на надуване на мехурчета.
Въпреки това, ако мехурът се остави да плува в спокоен въздух, формата му много скоро ще стане близка до сферична. Геометрията на сапунените мехурчета все още озадачава математиците.
От гледна точка на физиката балонът е сферичен само ако силата на гравитацията не принуждава течността да се движи в обема на филма на мехура и следователно не води до факта, че филмът на дъното е по-дебели, отколкото в горната част, и формата е изкривена.
- Оптика за сапунени мехурчета
Гори като опашка на паун.
Какви цветя няма в него!
лилаво, червено, синьо,
Зелен, жълт цвят.
Излита надут балон,
По-прозрачен от стъклото.
Вътре е като
Огледалата блестят.
Светлини в космоса
Играе на лека топка
Тогава морето става синьо в него,
В него гори.
С. Я. Маршак "Сапунени мехурчета"
Един от най-големите физици Томас Юнг, който със своите изследвания обосновава вълновите идеи за светлината и по-специално за природата на интерференционните явления, за цветовете на тънките филми.
Изненадващо - филм от безцветна течност, разтвор на сапун във вода, осветен с бяла светлина, е оцветен с всички цветове на дъгата. Нека видим защо това се случва.
Цветът на сапунените мехурчета се обяснява с интерференцията на вълните, отразени от външната и вътрешната повърхност на филма. Пътят на лъчите в тънки филми е показан на фигура 4.
Интерференция на светлинни вълнинаречено добавяне на две кохерентни вълни, поради което има увеличаване или намаляване на получените светлинни вибрации в различни точки от пространството.
Фигура 4. Интерференция на светлинни лъчи върху повърхността на сапунен мехур.
Разбрахме как се появява цветът на сапунените мехурчета, но защо някои имат преливащ се цвят, а други не?
Съмнение, вяра, жар на живите страсти
Игра с въздушни мехурчета:
Тази дъга проблесна, а тази е сива
И всичко ще се разбие
Това е животът на хората.
Първоначално филмът е безцветен, тъй като има приблизително същата дебелина. След това разтворът постепенно се стича надолу. Поради различната дебелина на долния удебелен и горния изтънен филм се появява преливащ се цвят.
За да завършим историята за оптиката на сапунен мехур, е необходимо да се каже за черни ивици и петна в неговия цвят. Мехурът ще се спука точно на това, най-тънкото и слабо място. Ако дебелината на филма е много малка в сравнение с дължината на вълната, тогава лъчите ще се компенсират взаимно. А това означава, че има черно оцветяванефилми.
И така, сапунените мехурчета придобиват цвят на дъгата поради феномена на интерференция на светлинните вълни, отразени от външната и вътрешната повърхност на филма.
1.5. Свойства на сапунени мехурчета в студа.
При бавно охлаждане балонът се охлажда и замръзва при около -7°C. Филмът се оказва, че не е крехък, което, изглежда, трябва да бъде тънка кора лед. Ако оставите кристализиран сапунен мехур да падне на пода, той няма да се счупи, няма да се превърне в дрънкащи фрагменти, като стъклена топка, която се използва за украса на коледно дърво. Върху него ще се появят вдлъбнатини, отделни фрагменти ще се усучат в тръби. Филмът не е крехък, проявява пластичност. Пластичността на филма се оказва следствие от малката му дебелина.
При издухване на мехурчета при силна слана -20°C, -25°C, в различни точки на повърхността веднага се появяват малки кристали, които бързо растат и накрая се сливат в една картина, по красота не отстъпваща на мразовитите шарки на прозореца.
Нанасяне на сапунени мехурчета
Обсъденият по-рано механизъм на структурата на сапунените мехурчета ни позволява да разберем процеса на отстраняване на замърсяванията с помощта на сапунена вода. Хидрофилната част на почистващия препарат взаимодейства с водата, прониква във водата и носи със себе си замърсяващата частица, прикрепена към хидрофобния край.
В метеорологията и аеронавтиката прототипът на сапунен мехур - аеростат (балон) - се използва за разузнаване на времето и вълнуващи въздушни пътувания. В обвивката на сапунен мехур има горещ въздух, който (както знаете) има по-ниска плътност от студения въздух и всъщност следователно балонът може да се издигне нагоре. По същия принцип в небето излита балон.
Сапунен филм, опънат върху рамки, може да придобие най-невероятния, изглежда, вид. Този имот се използва широко от архитекти и дизайнери.
В минната промишленост с помощта на въздушни мехурчета се извършва флотация: процесът на обогатяване на руди. Мехурчетата в разтвора обгръщат рудните частици и я издигат на повърхността, докато отпадната скала остава на дъното.
Сапунените мехурчета се използват и в нефтопреработващата индустрия. За да превърне петрола в различни материали, необходими на човечеството, той трябва да бъде преработен. За ефективно рафиниране на петрол руски учени предлагат да се използват мицели - всъщност сапунени мехурчета. Тези и други изследвания на повърхностноактивни вещества са подкрепени от руски и международни грантове. Учени от Московския институт по химическа физика на Руската академия на науките бяха сред първите, които установиха, че ако към вече пречистено масло се добавят вода и повърхностно активни вещества, тогава в маслото се образуват стабилни "сапунени мехурчета", пълни с вода. Оказа се, че в тези мехурчета, които учените нарекоха "мицели", могат да протичат различни химични реакции. Учените са проектирали такива "микрореактори" за окислителна обработка на въглеводороди. Така нареченото течнофазово окисляване на въглеводородите прави възможно превръщането на маслото в органични киселини, естери и мономери. Именно от тези вещества след това се получават полимери, багрила, лекарства и много други.
В крайна сметка се оказва какъв невероятен, прост балон е това и колко полза е донесъл на хората!
- Практическа част
- Техника за създаване на сапунени мехурчета
Рецепта за готвене
Всъщност рецептата за приготвяне на сапунени мехурчета с течен перилен препарат, сапун и вода е много проста. Водата трябва да е мека или, още по-добре, дестилирана.
Какъв препарат да използвате? Всякакъв сапун за пране, всякакви тоалетни сапуни, шампоани и т.н.
За дълготрайни мехурчета се препоръчва да добавите 1/3 от обема чист глицерин към получения разтвор. Колко дълго живее балонът зависи от това колко дълго остава мокър. Глицеринът е чудесен за забавяне на времето за сушене. Работи и воден разтвор на захар с желатин.
Пропорциите на разтваряне на сапуна са силно зависими от вашия район и текущия сезон, тъй като фактори като температура, влажност на въздуха и други подобни силно влияят върху качеството на мехурчетата. Средният диапазон е 10 части вода към една част сапун. Пропорциите на глицерина се добавят от 1/5 до 1/3 части спрямо обема на сапунената смес или 1/4 част от захарния разтвор с желатин.
Инструменти за издухване
Най-простият кабелен контур. Вземете парче тънка, но твърда тел и оформете бримка с диаметър приблизително 4 см в един от краищата му. За да използвате, потопете примката в разтвора и издухайте внимателно.
коктейлни сламкидават добър резултат. Ефектът ще бъде по-добър, ако направите 4 къси разфасовки (около 3 см) в единия от краищата и ги разделите в различни посоки, като лайка.
фуниякухня за преливане на течности.
- Експериментирайте
Мама и татко и аз направихме следните експерименти у дома:
В две чаши се изсипват 100 ml вода, към всяка чаша се добавят 30 ml глицерин. След това към първата чаша бяха добавени 10 ml детергент Fairy, а към втората чаша бяха добавени 10 ml бебешки шампоан. Съдържанието на чашите се смесва с порцеланова лъжица. От приготвената течност бяха издухани мехурчета.
Наблюдения:издухването на сапунени мехурчета се получава най-добре от разтвор, съдържащ препарат Fairy (Приложение 1).
От течността, приготвена в експеримент 1, се опитахме да издухаме мехурчета с различни форми с помощта на коктейлна тръба, фуния и специални рамки с различни геометрични форми за издухване на мехурчета, закупени в магазина. Внимателно разгледахме цвета на мехурчетата
Наблюдения:издуханите сапунени мехурчета имат само кръгла, сферична форма. Първоначално всички мехурчета бяха прозрачни, а когато лъчите светлина ги удариха, те станаха многоцветни (Приложение 2).
Изсипахме сапунен разтвор в чинията, така че дъното на чинията да беше покрито със слой от 2-3 мм, поставихме играчка смърф в средата и я покрихме с фуния. След това, бавно повдигайки фунията, те духаха в нейната тясна тръба и когато този балон достигна достатъчен размер, те наклониха фунията настрани, освобождавайки мехурчето изпод него.
Наблюдения:малка играчка се оказа в сапунен мехур (Приложение 3). Беше много красиво.
Запалихме свещ. Използвайки фунията от предишния опит, надухме балона и насочихме фунията към пламъка на свещта.
Наблюдения:пламъкът на свещта забележимо се отклони встрани (Приложение 4).
Опит 5. Кристализация на сапунени мехурчета.
Излязохме на балкона, където температурата на въздуха беше -10 градуса. Духахме мехурчета в студа.
Наблюдения:сапунени мехурчета не кристализираха у нас, въпреки че в литературата намерихме твърдението, че кристализират при температура -7 градуса.
заключения
По време на моето проучване стигнах до следното заключения:
1. Когато се надуе, сапуненият мехур може да бъде само с кръгла форма, тъй като силите на повърхностно напрежение са склонни да придадат на сапунения мехур формата на топка.
2. Сапунените мехурчета от безцветна течност, осветени с бяла светлина, се оцветяват с всички цветове на дъгата поради феномена на интерференция на светлинните вълни.
3. Най-добре е да използвате препарат Fairy, за да направите сапунени мехурчета у дома.
4. Филмът на сапунен мехур винаги е в опън и притиска съдържащия се в него въздух, така че здравината на най-тънките филми не е толкова незначителна.
5. Можете да духате сапунени мехурчета около предмети. Много е интересно.
Библиографски списък
Блинов Л. Молекули-русалки // "Наука и живот", No4, - 1989г.
Гегузин Я.Е. Мехурчета - М.: Наука, 1985.
Гигантски сапунени мехурчета. Устройство за издухване на сапунени мехурчета RF патент No 2139119
Перелман Ю. "Забавна физика", Москва, 1967 г.
Мехурчета в студа // "Наука и живот", No2, - 1982г.
Шварц А., Пери Дж., Берн Дж., Повърхностноактивни вещества и детергенти - М., 1960 г.
Лущекина O.B. Шоу на сапунени мехурчета, или къде може да доведе работата по проекта // в. „Физика”, No 22, - 2004г.
Интернет ресурси:
http://www.jtan.com/antibubble/;
http://www.eskimo.com/~billb/amateur/antibub/antibub1.html
http://demonstrator.narod.ru/experiments/bubble.html
http://www.afizika.ru/skorost
Опит 1. Приготвяне на разтвор за приготвяне на сапунени мехурчета.
Измерете и налейте вода
Добавяне на глицерин
Добавете препарат и шампоан
Смесваме всичко
Издухване на мехурчета
Приложение 2
Опит 2. Образуване на мехурчета с помощта на различни инструменти и изследване на цвета им.
Но те все още са кръгли и многоцветни.
Приложение 3
Опит 3. Сапунен мехур около обект.
Приложение 4
Опит 4. Въздухът се измества от стените на сапунен мехур.
Пламъкът на свещта се отклонява.