Saippuakuplien mysteeri. Aloita tieteessä Tutkimusprojektikuplat

Solovjov Grigory

Siinä oli niin paljon loistoa
Sellaista ylimielisyyttä oli
Ja hän - vettä ja saippuaa
Paisunut seos.

Saippuakupla - muotoilu on erittäin vakaa. Jos muistat sen rakennusmateriaali on pääasiassa vettä, - saippuakuplan vakaus ei voi muuta kuin hämmästyttää. Mikä antaa tällaisen vakauden ohuimmasta nestekalvosta valmistetulle kuplalle? Äärimmäistä yksinkertaisuutta ja muodon täydellisyyttä? Ilmeisesti on! Niin sanotut "arkkitehtoniset ylilyönnit", jos ne ovat todella "ylimääräisiä", eivät yleensä edistä suunnittelun parantamista ja luotettavuutta. Mutta yksinkertaisempi, majesteettisempi ja täydellisempi muoto kuin pallo, ei! Mutta asia ei selvästikään ole vain muodossa: stabiilia kuplaa ei voida saada puhtaasta vedestä, mutta ohut, vakaa, monivärinen kupla muodostuu vedestä lisäämällä saippuaa.

Ladata:

Esikatselu:

Khakassian tasavallan opetus- ja tiedeministeriö

MOU Novorossiysk lukio

Tieteellinen ja käytännön konferenssi

Kuplan mysteeri

Olen tehnyt työn:

Solovjov G.

Tieteellinen neuvonantaja:

Sidorina S.N.

Peruskoulun opettaja

Novorossiysk 2010

1 Saippuakuplaseinärakenne
2 Fyysinen perusta

2.1 Pintajännitys ja muoto
2.2 Kuplapakastus
2.3 Kuplien yhdistäminen
2.4 Häiriöt ja heijastukset

3 Matemaattiset ominaisuudet
4 Kuinka tehdä saippuakuplia

4.1 Komponentit
4.2 Menettelytapa
4.3 jättiläinen kupla

5 Kokeellinen

Johdanto

Siinä oli niin paljon loistoa
Sellaista ylimielisyyttä oli
Ja hän - vettä ja saippuaa
Paisunut seos.

Samuil Marshak "Saippuakuplat"

Analysoida tieteellistä kirjallisuutta saippuakuplan muodostumisongelmasta
Paljasta kestävämmän saippuakuplan ainesosat.
Tarkista, mikä määrää saippuakuplan koon ja kestävyyden.

Saippuakupla

Saippuakupla - ohut monikerroksinenelokuvasaippuamainenilmalla täytetty vesi, yleensä muodossapallot värikkäitä pinta-. Saippuakuplat kestävät yleensä vain muutaman sekunnin ja puhkeavat kosketettaessa tai spontaanisti. Lapset käyttävät niitä usein peleissään.

Saippuakupla seinärakenne

Kuplakalvo koostuu ohuesta vesikerroksesta, joka on kerrostettu kahden molekyylikerroksen, yleisimmin saippuan, välissä. Nämä kerrokset sisältävät molekyylejä, joista yksi osa onhydrofiilinen, ja se toinen hydrofobinen. Hydrofiilinen osa vetää puoleensa ohuella vesikerroksella, kun taas hydrofobinen osa päinvastoin työntyy ulos. Tämän seurauksena muodostuu kerroksia, jotka suojaavat vettä nopealta haihtumiselta ja vähentävätpintajännitys.

Fyysiset perusteet

Pintajännitys ja muoto

Kupla on olemassa, koska minkä tahansa nesteen (tässä tapauksessa veden) pinnalla on pintajännitys, joka saa pinnan käyttäytymään jollain tavalla.elastinen. Pelkästä vedestä valmistettu kupla on kuitenkin epävakaa ja puhkeaa nopeasti. Vakauttaakseen sen kunnon, jotkutpinta-aktiiviset aineetesim. saippua. Yleinen väärinkäsitys on, että saippua lisää veden pintajännitystä. Itse asiassa se tekee juuri päinvastoin, pienentäen pintajännityksen noin kolmannekseen puhtaan veden pintajännitystä. Kun saippuakalvoa venytetään, saippuamolekyylien pitoisuus pinnalla pienenee, mikä lisää pintajännitystä. Siten saippua vahvistaa selektiivisesti kuplan heikkoja alueita estäen niitä venymästä edelleen. Tämän lisäksi saippua estää veden haihtumisen, mikä pidentää kuplan käyttöikää entisestään.

Myös kuplan pallomainen muoto saadaan pintajännityksen ansiosta. Jännitysvoimat muodostavat pallon, koska pallon pinta-ala on pienin tietyllä tilavuudella. Tätä muotoa voivat merkittävästi vääristää ilmavirrat ja itse kuplan täyttöprosessi. Jos kupla kuitenkin jätetään kellumaan tyynessä ilmassa, sen muoto tulee hyvin pian lähelle pallomaista.

Jäätyviä kuplia

Saippuakuplien liitäntä

Jos täytät kuplanlämpötila −15 °C, se jäätyy koskettaessaan pintaa. Kuplan sisällä oleva ilma vuotaa vähitellen ulos ja lopulta kupla romahtaa oman painonsa alla.

-25°C:ssa kuplat jäätyvät ilmaan ja voivat murtua osuessaan maahan. Jos täytät kuplan lämpimällä ilmalla tässä lämpötilassa, se jäätyy lähes täydelliseen pallomaiseen muotoon, mutta ilman jäähtyessä ja tilavuuden pienentyessä kupla voi osittain romahtaa ja sen muoto vääristyy. Tässä lämpötilassa puhalletut kuplat ovat aina pieniä, koska ne jäätyvät nopeasti, ja jos jatkat niiden täyttämistä, ne räjähtävät.

Kuplan yhdistäminen

Kun kaksi kuplaa kohtaavat, ne ottavat muodon, jolla on pienin mahdollinen pinta-ala. Niiden yhteinen seinä työntyy suurempaan kuplaan, koska pienemmässä kuplassa on suurempitarkoittaa kaarevuuttaja lisää sisäistä painetta. Jos kuplat ovat samankokoisia, niiden yhteinen seinä on tasainen.

Säännöt, joita kuplat noudattavat yhdistettyinä, on vahvistettu kokeellisesti1800-luvullaBelgialainen fyysikkoJoseph Plateauja matemaattisesti todistettu1976Jean Taylor.

Saippuakalvot ovat paloittainsileä pinta, tarkoittaa kaarevuuttajoka on vakio jokaisella sileällä osalla.
Jos kuplia on enemmän kuin kolme, ne sijoitetaan siten, että vain kolme seinää voidaan yhdistää lähelle yhtä reunaa, kun taas niiden väliset kulmat ovat 120 °, koska kunkin kosketuspinnan pintajännitys on yhtä suuri.
Pintojen leikkausviivat leikkaavat yhdessä pisteessä neljässä kappaleessa, ja minkä tahansa kahden välinen kulma on yhtä suuri kuin arccos(-1/3)≈109,47°.

Kuplat, jotka eivät noudata näitä sääntöjä, voivat periaatteessa muodostua, mutta ne ovat erittäin epävakaita ja ottavat nopeasti oikean muodon tai romahtavat.mehiläisetjotka haluavat vähentää kulutustavaha, kytkeä hunajakenno sisään nokkosihottumamyös 120° kulmassa, jolloin muodostuusäännölliset kuusikulmiot.

Häiriöt ja heijastukset

Pilvien heijastus saippuakuplassa

Irisoiva "sateenkaari"väritsaippuakuplia tuottavatvaloaaltojen häiriöja ne määräytyvät saippuakalvon paksuuden mukaan.

Kun valoakulkee kuplan ohuen kalvon läpi, osa siitä heijastuu ulkopinnalta, kun taas toinen osa tunkeutuu kalvoon ja heijastuu sisäpinta. Heijastuksessa havaitun säteilyn väri määräytyy näiden kahden heijastuksen interferenssin perusteella. Koska jokainen valon kulku kalvon läpi luo vaihesiirron, joka on verrannollinen kalvon paksuuteen ja kääntäen verrannollinen aallonpituuteen, häiriön tulos riippuu kahdesta suuresta. Heijastuessaan jotkin aallot lisätään vaiheeseen, kun taas toiset ovat epävaiheisia, ja seurauksena kalvoon törmäävä valkoinen valo heijastuu kalvon paksuudesta riippuen sävyllä.

Kun kalvo ohenee veden haihtumisen vuoksi, voidaan havaita kuplan värin muutos. Paksumpi kalvo poistaa punaisen komponentin valkoisesta valosta ja tekee heijastuneesta valosta sinivihreän sävyn. Ohuempi kalvo poistaa keltaisen (jättää sinisen valon), sitten vihreän (jättää magentan) ja sitten sinisen (jättää kullankeltaisen). Lopulta kuplan seinämä tulee ohuemmaksi kuin näkyvän valon aallonpituus, kaikki näkyvän valon heijastuneet aallot summautuvat vastavaiheeseen, emmekä enää näe heijastusta (tummaa taustaa vasten tämä kuplan osa näyttää "musta piste"). Kun näin tapahtuu, kuplan seinämän paksuus on alle 25nanometriäja kupla todennäköisesti puhkeaa pian.

Häiriövaikutus riippuu myös kulmasta, jossa valonsäde osuu kuplakalvoon. Näin ollen vaikka seinämän paksuus olisi sama kaikkialla, havaitsisimme silti erilaisia värejä kuplan liikkeestä johtuen. Mutta kuplan paksuus muuttuu jatkuvasti painovoiman vaikutuksesta, mikä vetää nestettä pohjalle, joten yleensä näemme erivärisiä raitoja, jotka liikkuvat ylhäältä alas.

Matemaattiset ominaisuudet

Saippuakuplia muodostuuvaahto

Saippuakuplat ovat myös fyysinen esimerkki ongelmasta.minimipinta, monimutkainen matemaattinen ongelma. Esimerkiksi huolimatta siitä, että vuodesta 1884 lähtien on tiedetty, että saippuakuplalla on vähimmäispinta-ala tietylle tilavuudelle, vasta vuonna 2000että kahdella yhdistetyllä kuplalla on myös vähimmäispinta-ala tietylle yhdistetylle tilavuudelle. Tätä ongelmaa on kutsuttu kaksoiskuplalauseeksi. Lisäksi vasta geometrisen mittateorian myötä pystyttiin todistamaan, että optimaalinen pinta onpaloittain sileä, eikä loputtomasti rikki.

Saippuakuplan kalvo pyrkii aina minimoimaan pinta-alaansa. Tämä johtuu siitä, ettäilmaista energiaanestekalvo on verrannollinen pinta-alaansa ja pyrkii saavuttamaan minimin:

missä σ on aineen pintajännitys ja S on kalvon kokonaispinta-ala. Optimaalinen muoto yhdelle kuplalle on pallo, mutta useilla kuplilla yhdistettynä on paljon monimutkaisempi muoto.

Kuinka tehdä saippuakuplia

Saippuakupla

Helpoin tapa on käyttää erityistä saippuakuplanestettä (jota myydään leluna) tai yksinkertaisesti sekoittaa astianpesuaine veteen. Mutta jälkimmäinen menetelmä ei välttämättä anna sinulle niin hyviä tuloksia kuin haluaisit saada, joten tässä on muutamia temppuja, jotka auttavat parantamaan tulosta:

Komponentit

Jotain, joka vähentää veden pintajännitystä, kuten nestesaippua tai vauvan shampoo. Mitä puhtaampi saippua (ilman hajusteita tai muita lisäaineita), sitä parempi lopputulos voi olla.
Jotain veden tiivistämiseen. Yleisimmin käytettyglyseroli(joita voi ostaa osoitteestaapteekki). Voit myös käyttää sokeria, joka liukenee parhaiten lämpimään veteen. Veden tiheys voi kuitenkin tulla liian korkeaksi, joten maltillisuus on tärkeää.
Tislattu vesi. Vesijohtovesi sisältää kalsiumioneja, jotka sitovat saippuaa. Tislattu vesi toimii paremmin.

Menettely

Jos jätät seoksen auki useita tunteja, myös sen tiheys kasvaa. Mutta jälleen kerran, jos se nousee liian korkeaksi, on vaikea puhaltaa kuplia.
On parasta välttää kuplien tai vaahdon muodostumista seoksen pinnalle harjaamalla ne varovasti pois tai yksinkertaisesti odottamalla, että ne katoavat.
Se, kuinka helppoa on tehdä kuplia, riippuu monista eri tekijöistä. Erilainen saippua, erilaiset olosuhteet ympäristöön esimerkiksi pölyistä ilmaa tai tuulta on parempi välttää. Lisäksi mitä enemmän kosteutta, sitä parempi, mikä tarkoittaa, että on parempi tehdä kuplia sateisena päivänä. Toisin sanoen paras tapa löytää täydellinen ratkaisu on yrityksen ja erehdyksen kautta.

Kuinka puhaltaa jättimäisiä saippuakuplia

Tehdään ensin saippualiuos. Tarvitsemme:

Jonkinlainen säiliö.

Vesi (1 l).

Pesuaine (esim. Fairy) tai suihkugeeli (esim. Palmolive) (150-200 ml).

Hieman glyseriiniä, jota voi ostaa apteekeista (25 ml).

(Valinnainen) Henkilökohtainen liukuvoide, ei-öljypohjainen, saatavana myös apteekeista (25 ml).

Kaksi minkä kokoista tikkua, mutta varmuuden vuoksi olkoon 30 cm.

Puuvillaköysi, noin 50 cm.

2. Jotta kuplat olisivat kestäviä, veden on oltava pehmeää, on parempi, jos se on tislattu.

3. Lämmitä vesi ja kaada se astiaan. Säiliönä on parempi käyttää sellaista, jossa on leveä kansi, jotta inflaattorimme voidaan laskea vapaasti sinne. Jos käytät lasiastiaa, muista, että kuuma vesi on kaadettava siihen vähitellen lämmittäen astian seinämiä, muuten se räjähtää.

4. Se, kuinka helppoa kuplien ilmaantuminen on, riippuu monista parametreista, erityisesti asuinalueen ilman kosteudesta. Siksi, jos haluat saavuttaa ihanteellisen koostumuksen, kaada suihkugeeli veteen useissa erissä ja tarkista joka kerta, onko ratkaisusi parantunut. Jos olet kärsimätön, voit sekoittaa heti 150 ml. geeliä vedellä, kuplia voidaan puhaltaa jopa epätäydellisen koostumuksen kanssa.

5. Lisää 25 ml liuokseen. glyseriini ja 25 ml. voiteluainetta (voit tehdä ilman voiteluainetta) ja sekoita kaikki hyvin. Varmista, että sekoitettaessa ei muodostu vaahtoa. Jos se ilmestyy, voit poistaa sen lusikalla.

6. Testaa liuos puhaltamalla kupla putken läpi. Älä huoli, jos kuplat tulevat ulos normaalisti toistaiseksi. Valtavien kuplien salaisuus ei ole vain saippualiuoksen reseptissä. Voit vapaasti lisätä geeliä tai muita ainesosia, jos haluat kokeilla.

7. Nyt sinun on tehtävä puhallettava laite. Se koostuu kahdesta tikusta, joiden väliin on sidottu köysi niin, että se muodostaa kolmion.

8. On parasta puhaltaa kuplia ulkona tyynellä säällä (tai kevyellä tuulella). Laske inflaattori liuokseen, nosta se sitten ylös ja ala liikkua taaksepäin. Tuloksena oleva ilmavirta puhaltaa kuplan. Pidä hauskaa ja kokeile rohkeasti!

kokeellinen osa

minä.- Liuoksen valmistus

Kokeen tuloksena havaittiin, että kestävimmät ja elastisimmat kalvot saadaan pesusaippuan, sokerin ja gelatiinin seoksesta (korvaa glyseriini), ja myös Fairy- ja Fa-pesuaineet (lisättynä glyseriiniä) osoittivat hyviä tuloksia. . Pesuaineen pitoisuus riippuu huoneen kosteudesta, lämpötilasta ja monista muista tekijöistä. Kokeen tulokset on esitetty taulukossa

Pesuaine	Lisäys	Saippuapitoisuus, %	Saippuakuplan keskimääräinen halkaisija, cm
pyykinpesuaine	1/4 osa sokeria gelatiinilla	20	11-12
"glyseriini" saippua	-	27	7
Keiju	-	12	10
Fa	1/3 glyseriiniä	37	8

Kokeissa käytimme tislattua vettä (mineraalipitoisuudesta johtuen raskas vesi aiheuttaa hauraita kuplia).

II. - Lankakehykset

Upottamalla tilavuuskehykset saippualiuokseen, saadaan hämmästyttävän muotoisia kalvoja. Kuution, tetraedrin, sylinterin ja monien muiden muotojen tapauksessa kalvot on kiinnitetty reunoihin ja yhtyvät sisälle.

Kehyksen päälle venytettyjen kalvojen pinta-ala on aina minimaalinen, koska tämä vastaa minimipintaenergiaa. Kehysten avulla voit ratkaista visuaalisesti joitain geometrisia ja arkkitehtonisia ongelmia. Rakennuksia suunniteltaessa asettelujen katot tehdään kehysten muodossa. Laskelma varmistetaan näille kehyksille muodostettavilla saippuakalvoilla.

Tarpeellinen kunto saippuakalvojen saamiseksi - kehyksen sulkeutuminen. Jotta saippuakalvo muodostuisi spiraaliin, on tarpeen yhdistää ensimmäinen ja viimeinen kierros akselilla. Akselin ei tarvitse kulkea keskeltä, sen tehtävänä on sulkea kehys. Kierrerunkoa voidaan tehdä paremmaksi, jotta voit vetää yhteen ja työntää spiraalin kierroksia erilleen.

Useita kuplia toisissaan

Puhalla ensin iso kupla. Sitten, kun putki on kostutettu cocktailin alta saippuavedessä ja lävistetty iso kupla, vedämme putkea hitaasti takaisin, mutta tuomatta sitä reunaan, puhallamme ulos ensimmäisen sisällä olevan toisen kuplan. Jotta kuplat eivät räjähtäisi koskettaessaan kättä, se on ensin kostutettava saippuavedellä.

Figuuri kuplassa

Kaada saippualiuos lautaselle tai tarjottimelle niin, että levyn pohja peittyy 2-3 mm korkealla kerroksella; laita hahmo keskelle ja peitä suppilolla. Sitten nostamalla suppiloa hitaasti, puhallamme sen kapeaan putkeen - muodostuu saippuakupla; kun tämä kupla saavuttaa riittävän koon, kallistamme suppiloa kuvan mukaisesti vapauttaen kuplan sen alta. Sitten hahmo makaa läpinäkyvän puolipyöreän saippuakalvosta tehdyn korkin alla.

Kastelemattomalla pinnalla kuplia

Välttämätön edellytys saippuakalvojen saamiselle on rungon suljettuus. Saippuakupla, joka joutuu kosketuksiin kiinteän, ei-kostuvan pinnan kanssa, ei romahda. Tällaisella pinnalla se on pallomainen, koska kuplan massa on erittäin pieni ja painovoima ei vaikuta sen muotoon.

Esikatselu:

Jos haluat käyttää esitysten esikatselua, luo Google-tili (tili) ja kirjaudu sisään: https://accounts.google.com

Diojen kuvatekstit:

Saippuakuplan mysteeri Tekijä: Soloviev Grisha 4. luokan oppilas

Hänessä oli niin paljon loistoa, oli sellaista ylimielisyyttä, ja hän - vesi ja saippua Turvonnut seos. Samuil Marshak "Saippuakuplat"

Teoksen tarkoituksena on paljastaa saippuakuplan salaisuus. Tavoitteet: Analysoida tieteellistä kirjallisuutta saippuakuplan muodostumisongelmasta ja tunnistaa kestävämmän saippuakuplan komponentit. Tarkista, mikä määrää saippuakuplan koon ja kestävyyden.

Pesuaineen lisäys Saippuapitoisuus, % Keskimääräinen saippuakuplan halkaisija, cm Pyykkisaippua 1/4 osa sokeria gelatiinilla 20 11-12 "glyseriini" -saippua - 27 7 "Keiju" - 12 10 "Fa" + 1/3 glyseriini 37 8

Suchkov Ilja

Projektipäällikkö:

Kozlova Nadezhda Petrovna

Instituutio:

MBOU "Penovskaya lukio nimeltä E.I. Chaikina" kylä Peno

Tutkimustyö sisällä ala-aste"Saippuakuplien salaisuudet" esitti peruskoulun 1. luokan oppilas. Tämä työ on omistettu saippuakuplien luonteen ja ominaisuuksien tutkimukselle sekä sopivimman saippualiuoksen valmistusprosessille kotona.

Peruskoulun "Saippuakuplien salaisuudet" -tutkimusprojektin kirjoittaja tutkii teoreettista materiaalia saippuakuplien historiasta, tutkii niiden perusominaisuuksia. Projektin käytännön osa sisältää perusreseptit kuplasaippuan valmistukseen kotona, jossa opiskelija vertailee syntyvien saippuakuplien kokoa ja kestävyyttä.

Tässä -projekti alakoulussa "Saippuakuplien salaisuudet" 1. luokan oppilas esittelee hauskoja kokeita ja kokeita saippuakuplilla, jotka on tehty esim. cocktailputkella, suppilolla, pohjattomalla pullolla, metallilankakehyksellä, tikkuista ja langoista tehdyllä laitteella.

Johdanto
1. Mikä on saippuakupla.
2. Saippuakuplien historia.
3. Saippuakuplien ainutlaatuiset ominaisuudet.
3.1 Miksi saippuakuplat ovat pallomaisia.
3.2 Miksi saippuakupilla on irisoiva väri.
3.3 Miksi saippuakuplat eivät lennä pitkään aikaan.
3.4 Saippuakuplat kylmässä.
3.5 Saippuakuplien laaja käyttö.
4. Kuinka tehdä saippuakuplia kotona.
4.1. Reseptit saippuakuplien liuoksen valmistamiseksi.
4.2. Viihdyttäviä kokemuksia ja kokeiluja saippuakuplien parissa.
Johtopäätös
Bibliografia
Sovellus

annan kuplia! Niitä on niin paljon, katso, ne lentävät yläpuolellani, aurinko paistaa niissä. Kuplat hajallaan Älä ota niitä käsiisi, älä yritä saada niitä kiinni. Ne on niin helppo pelotella! Kosketa vain kättäsi, Clap! ... Ja tyhjä yläpuolellasi!

O. Borisova

Johdanto

Saippuakuplat ovat painottomia, melkein käsittämättömiä ja niin kauniita. Ne inspiroivat monia ihmisiä, tuovat iloa ja nautintoa. Vesipallojen puhallus on kaikkien sukupolvien suosikkiharrastus. Saippuakuplat, jotka on maalattu vuorotellen eri sateenkaaren väreillä, vaikuttavat upeilta ja maagisilta.

Iästä riippumatta kuplat aiheuttavat ihmisissä innostuneita huutoja ja vastustamattoman halun saada heti kiinni ja saada kiinni pakenevasta kimaltelevasta pallosta.

Ratkaisuja tämän sateenkaaren ihmeen puhaltamiseen myydään kaupassa, siellä on erilaisia generaattoreita saippuan mestariteosten saamiseksi. Mutta onko mahdollista tehdä saippuakuplia kotona, mistä liuoksesta saa suurimmat ja kestävimmät saippuakuplat? Tämä työ on omistettu näiden ongelmien ratkaisemiseen.

Merkityksellisyys: Saippuakuplat ovat tällä hetkellä yksi myydyimmistä leluista. Mutta luultavasti jokainen meistä ajatteli ainakin kerran kysymystä: "Onko mahdollista valmistaa kotona saippualiuosta, jonka kuplat ilahduttavat hauraalla kauneudellaan?".

Ehdottomasti kaikki lapset ovat luonnostaan uteliaita ja rakastavat löytää jotain tuntematonta. Tämän työn relevanssi johtuu lasten luovuuden kehittymisestä, uusien löytöjen halusta.

Tutkimuksen tarkoitus : Luo saippuakuplia kotona, tunnista menestynein resepti saippuakuplien valmistukseen, tee kokeita ja kokeita saippuakuplien kanssa.

Tutkimuksen kohde : saippuakupla.

Opintojen aihe : ratkaisujen valmistusprosessi kotona ja menetelmät saippuakuplan puhallukseen.

Tämän tavoitteen saavuttamiseksi on tarpeen ratkaista seuraavat asiat tehtävät:

Opiskelu teoreettista materiaalia aiheesta " Kupla»;
Tutustu saippuakuplien historiaan;
Opi saippuakuplan salaisuudet ja ominaisuudet;
Opi reseptejä saippuakuplien puhaltamiseen tarkoitetun ratkaisun tekemiseen;
Tee kotona kokeita ja kokeita erityyppisten saippuakuplien täyttämiseksi.

Tutkimusmenetelmät:

Tätä tutkimusta koskevan tieteellisen kirjallisuuden analyysi.
Saippuakuplien havainnointi erilaisista liuoksista.
Koe.

Hypoteesit:

Oletetaan, että saippuakuplia muodostuu saippualiuoksesta ja saippuakuplien puhallusneste voidaan valmistaa kotona.

Saippuakuplien koko ja stabiilisuus riippuvat saippuakuplanesteen koostumuksesta.

Teoksen teksti on sijoitettu ilman kuvia ja kaavoja.
Teoksen täysi versio löytyy "Työtiedostot"-välilehdeltä PDF-muodossa

1. Teoreettinen osa 5

1.1. Saippuakuplien alkuperä 5

1.2. Saippuakuplien tutkimuksen teoreettiset näkökohdat 6

1.3. Saippuakuplien pallomainen muoto 8

1.4. Saippuakuplaoptiikka 9

1.5. Saippuakuplien ominaisuudet kylmässä. 12

2. Käytännön osa 15

2.1. Saippuakuplien valmistusmenetelmä 15

2.2. Koe 16

Viitteet 19

Liite 1. 20

Liite 2. 22

Liite 3. 24

Liite 4. 25

Johdanto

"Saippuakupla ehkä,

hämmästyttävin ja eniten

hieno luonnonilmiö.

Mark Twain

Merkityksellisyys.

Rakastan kuplien puhaltamista. Tykkään ihailla niiden pyöreää muotoa ja irisoivaa pintaa eri väreillä. Halusin aina saada kuplan, joka ei näyttänyt pallolta, joten sen muoto muistutti kuution muotoa tai jonkin eläimen päätä. Mutta valitettavasti saippuakuplani muuttuivat aina vain pyöreiksi.

Miksi saippuakuplat ovat pyöreitä kuin ilmapallot? Ehkä jos käytät tiettyjä kehyksiä kuplan puhaltamiseen, saat erimuotoisen kuplan? Onko mahdollista valmistaa ratkaisu kuplien puhaltamiseen kotona? Miksi ne tuhoutuvat niin helposti? Harkitse pyöreiden saippuakuplien muodostumisongelmaa.

Saippuakuplien valmistuksen ja tutkimuksen avulla voit osoittaa, "tuntea" monia fysikaalisia lakeja, jotka ovat ensiarvoisen tärkeitä tieteessä ja tekniikassa.

Kuvattujen ristiriitojen perusteella määritimme tutkimuksemme kohteen, aiheen ja tarkoituksen.

Tutkimuksen kohde: kupla.

Opintojen aihe: saippuakuplien muoto, koostumus ja ominaisuudet.

Esitin seuraavaa hypoteesi: käyttämällä erilaisia kehyksiä, voit tehdä ei-pyöreitä saippuakuplia.

Tutkimukseni tarkoitus: tunnistaa saippuakuplien ominaisuudet ja kuinka ne valmistetaan.

Saavutan tavoitteeni ratkaisemalla tehtävät:

kerätä tietoja saippuakuplien valmistuksesta, ominaisuuksista ja muodosta;

valmista ratkaisu saippuakuplien tekemiseen kotona ja hanki siitä saippuakuplia;

analysoida saippuakuplien saamisen teoreettisia ja käytännön tuloksia, niiden ominaisuuksia ja muotoa.

Tutkimusvaiheet:

kerää tietoa saippuakuplien muodosta ja ominaisuuksista (kysy vanhemmilta, lue kirjasta, etsi Internetistä);

ostaa eri geometristen muotojen kehyksiä kuplien puhaltamiseen;

valmista liuos saippuakuplia varten;

määrittää, mikä ratkaisu kuplien tekemiseen on paras;

yritä puhaltaa eri geometristen muotojen kuplia;

vertailla saippuakuplien valmistuksen teoreettisia ja käytännön tuloksia;

Menetelmät ja tekniikat: havainnointi, kokeilu, analyysi.

Teoreettinen osa
1. Saippuakuplien alkuperä

Saippuakuplan syntymäpäivä on edelleen mysteeri. Mutta tiedetään varmasti, että muinaisen Pompejin kaivausten aikana arkeologit löysivät epätavallisia freskoja, jotka kuvaavat nuoria pompeilaisia puhaltamassa saippuakuplia. Ilmeisesti heillä oli omat saippuatuotannon salaisuutensa.

Keskiajalla hautakiviin asetettiin kuva kuplia puhaltavasta enkelistä ja siihen lisättiin teksti: "Tätä ei kukaan pääse pakoon." Tällä ilmeisesti haluttiin sanoa, että elämä on hauras, kuin saippuakupla.

1800-luvulla julkaistiin postikortteja, joissa oli kuplia puhaltavan pojan kuva.

Turhaa viihdettä nuorimies puhaltaa saippuakuplia.

Saippuakuplat eivät olleet vain lasten huvia, vaan myös filosofien pohtimisobjekti elämän tarkoituksesta. Ei vain kaunis luonnonilmiö, vaan myös kiinnostuneet vakavat tiedemiehet. Charles Boyes julkaisi sata vuotta sitten perustavanlaatuisen teoksen "Soap Bubbles", joka on tähän päivään asti sekä lasten hauska kirja että työpöytäopas teoreettisille fyysikoille ja kokeilejille.

viimeistään vuonna 1839.

Siten saippuakuplat ilahduttivat lapsia ja aikuisia jo muinaisen Pompejin aikana. Filosofit, taiteilijat, tiedemiehet ovat olleet kiinnostuneita vuosisatojen ajan, eivätkä jätä ketään välinpitämättömäksi 2000-luvulla.

1. Saippuakuplien tutkimuksen teoreettiset näkökohdat

Saippuakupla on ohut saippuavesikalvo, joka muodostaa pallon, jolla on värikäs pinta.

Kuplakalvo koostuu ohuesta vesikerroksesta kahden molekyylikerroksen välissä, yleisimmin saippuasta (kuva 1).

Kuva 1. Kaavio saippuakuplakalvon rakenteesta.

A ja C - kerros saippuamolekyylejä; B - vesimolekyylien kerros

Nämä kerrokset koostuvat melko monimutkaisista molekyyleistä - merenneidoista - joista yksi osa on hydrofiilinen (tykkää kosketuksiin veden kanssa) ja toinen on hydrofobinen (vältä tällaista kosketusta, "pelkää" vettä).

Hydrofiilinen osa on jaettu sähkövaraukset jolla on dipolimomentti. Häntä houkuttelee ohut vesikerros. Vaikka hydrofobinen - joka on 2,5 nm pitkän hiiliketjun "häntä", päinvastoin, työnnetään ulos. Tämän seurauksena muodostuu kerroksia, jotka suojaavat vettä nopealta haihtumiselta ja vähentävät pintajännitystä (kuva 2).

Pelkästä vedestä valmistettu kupla on kuitenkin epävakaa ja puhkeaa nopeasti. Sen kunnon vakauttamiseksi pinta-aktiiviset aineet, kuten saippua ja glyseriini, liuotetaan veteen.

Kuva 2. Kaavio molekyylien rakenteesta, jossa on hydrofiilisiä ja hydrofobisia osia.

Suorilla mittauksilla havaittiin, että veden pintajännitys pienenee kaksi ja puoli kertaa: 7 ∙10 -2 arvoon 3 ∙10 -2 J/m 2 .

Kun saippuakalvoa venytetään, jäljellä olevat saippuamolekyylit tulevat ulos tilavuudestaan pintaan, jolloin palisadin rakentaminen on valmis. Siten saippua vahvistaa selektiivisesti kuplan heikkoja alueita estäen niitä venymästä edelleen. Kun kaikki pinta-aktiivisen aineen molekyylit poistuvat kalvon tilavuudesta, sen venytys edelleen johtaa kuplan tuhoutumiseen. Saippuakuplakalvo on yksi ohuimmista paljaalla silmällä nähtävissä olevista asioista.

1. Pallomainen muoto saippuakuplia

Kupla on olemassa, koska minkä tahansa nesteen (tässä tapauksessa veden) pinnalla on pintajännitys. Pintajännitysvoimien läsnäolo saa nesteen pinnan näyttämään elastiselta venytetyltä kalvolta, sillä ainoalla erolla, että kalvon kimmovoimat riippuvat sen pinta-alasta (eli kalvon muodonmuutoksesta) ja pintajännitysvoimista. eivät riipu nesteen pinta-alasta.

Saippuakuplat ovat fyysinen esimerkki minimipintaongelmasta, monimutkaisesta matemaattisesta ongelmasta. Vaikka vuodesta 1884 lähtien on tiedetty, että saippuakuplalla on vähimmäispinta-ala annetulle yhdistetylle tilavuudelle, vasta vuonna 2000 osoitettiin, että kahdella yhdistetyllä kupalla on myös vähimmäispinta-ala tietylle yhdistetylle tilavuudelle. Tätä ongelmaa on kutsuttu kaksoiskuplalauseeksi.

Ilmavirrat ja siten itse kuplan täyttöprosessi voivat vääristää pallomaista muotoa merkittävästi.

Jos kupla kuitenkin jätetään kellumaan tyynessä ilmassa, sen muoto tulee hyvin pian lähelle pallomaista. Saippuakuplien geometria hämmentää edelleen matemaatikoita.

Fysiikan näkökulmasta kupla on pallomainen vain, jos painovoima ei pakota nestettä liikkumaan kuplakalvon tilavuudessa, eikä se siten johda siihen, että pohjalla oleva kalvo on paksumpi kuin yläosassa, ja muoto on vääristynyt.

1. Saippuakupla-optiikka

Se palaa kuin riikinkukon häntä.

Mitä kukkia siinä ei ole!

Violetti, punainen, sininen,

Vihreä, keltainen väri.

Täytetty ilmapallo nousee,

Läpinäkyvämpi kuin lasi.

Sisällä se on kuin

Peilit kimaltelevat.

Valot avaruudessa

Pelaa kevyttä palloa

Silloin meri muuttuu siniseksi siinä,

Se on tulessa siinä.

S. Ya. Marshak "Saippuakuplat"

Yksi suurimmista fyysikoista, Thomas Jung, joka tutkimuksellaan perusteli aaltokäsityksiä valosta ja erityisesti interferenssiilmiöiden luonteesta, ohuiden kalvojen väreistä.

Yllättäen - kalvo värittömästä nesteestä, saippualiuoksesta vedessä, valaistu valkoisella valolla, on värjätty kaikilla sateenkaaren väreillä. Katsotaanpa miksi näin tapahtuu.

Saippuakuplien väri selittyy kalvon ulko- ja sisäpinnalta heijastuneiden aaltojen häiriöillä. Säteiden reitti ohuissa kalvoissa on esitetty kuvassa 4.

Valon aaltojen häiriö kutsutaan kahden koherentin aallon yhteenlaskuksi, jonka seurauksena syntyy tai vähenee valon värähtelyt eri pisteissä avaruudessa.

Kuva 4. Valosäteiden häiriö saippuakuplan pinnalla.

Selvitimme, miltä saippuakuplien väri näyttää, mutta miksi joillakin on irisoiva väri, kun taas toisilla ei?

Epäilys, usko, elävien intohimojen kiihko

Ilmakuplapeli:

Tuo sateenkaari välähti, ja tämä on harmaa

Ja kaikki hajoaa

Tämä on ihmisten elämää.

Aluksi kalvo on väritön, koska sen paksuus on suunnilleen sama. Sitten liuos virtaa vähitellen alas. Alemman paksunnetun ja ylemmän ohennetun kalvon erilaisesta paksuudesta johtuen syntyy irisoiva väri.

Tarinan loppuun saippuakuplan optiikasta on sanottava sen värin mustista raidoista ja täplistä. Kupla puhkeaa juuri tässä, ohuimmassa ja heikoimmassa paikassa. Jos kalvon paksuus on hyvin pieni aallonpituuteen verrattuna, säteet kumoavat toisensa. Ja tämä tarkoittaa, että on olemassa musta väritys elokuvia.

Joten saippuakuplat saavat sateenkaaren värin johtuen kalvon ulko- ja sisäpinnasta heijastuneiden valoaaltojen häiriöilmiöstä.

1.5. Saippuakuplien ominaisuudet kylmässä.

Hitaasti jäähtyvä kupla jäähtyy ja jäätyy noin -7 °C:ssa. Kalvo ei osoittautunut hauraaksi, jonka pitäisi näyttää olevan ohut jääkuori. Jos annat kiteytyneen saippuakuplan pudota lattialle, se ei hajoa, ei muutu soiviksi paloiksi, kuten lasipallo, jota käytetään joulukuusen koristeluun. Siihen ilmestyy kolhuja, yksittäiset palaset kiertyvät putkiksi. Kalvo ei ole hauras, siinä on plastisuutta. Kalvon plastisuus on seurausta sen paksuuden pienestä.

Kun puhaltaa kuplia kovassa pakkasessa -20°C, -25°C, pinnan eri kohtiin ilmaantuu välittömästi pieniä kiteitä, jotka kasvavat nopeasti ja lopulta sulautuvat yhdeksi kuvaksi, kauneudeltaan ei huonompi kuin ikkunan pakkaskuviot. .

Aiemmin käsitelty saippuakuplien rakenteen mekanismi antaa meille mahdollisuuden ymmärtää lian poistoprosessia saippuavedellä. Pesuaineen hydrofiilinen osa on vuorovaikutuksessa veden kanssa, tunkeutuu veteen ja kuljettaa mukanaan hydrofobiseen päähän kiinnittyneen kontaminanttihiukkasen.

Meteorologiassa ja ilmailussa saippuakuplan prototyyppiä - aerostaattia (ilmapalloa) - käytetään säätiedusteluun ja jännittäviin lentomatkoihin. Saippuakuplan kuoressa on kuumaa ilmaa, jonka (kuten tiedätte) tiheys on pienempi kuin kylmällä ilmalla ja itse asiassa kupla pystyy nousemaan ylös. Samalla periaatteella ilmapallo nousee taivaalle.

Kehyksiin venytetty saippuakalvo voi saada mitä uskomattomamman ilmeen. Tätä kiinteistöä käyttävät laajasti arkkitehdit ja suunnittelijat.

Kaivosteollisuudessa ilmakuplien avulla suoritetaan vaahdotus: kaivosmalmien rikastusprosessi. Liuoksen kuplat ympäröivät malmihiukkasia ja nostavat sen pintaan, kun taas jätekivi jää pohjalle.

Saippuakuplia käytetään myös öljynjalostusteollisuudessa. Öljyn muuttamiseksi erilaisiksi ihmiskunnan tarvitsemiksi materiaaleiksi se on käsiteltävä. Tehokkaaseen öljynjalostukseen venäläiset tutkijat ehdottavat misellien - itse asiassa saippuakuplien - käyttöä. Näitä ja muita pinta-aktiivisten aineiden tutkimuksia tuetaan venäläisillä ja kansainvälisillä apurahoilla. Venäjän tiedeakatemian Moskovan kemiallisen fysiikan instituutin tutkijat selvittivät ensimmäisten joukossa, että jos vettä ja pinta-aktiivisia aineita lisätään jo puhdistettuun öljyyn, öljyyn muodostuu stabiileja "saippuakuplia", jotka on täytetty vedellä. Kävi ilmi, että näissä kuplissa, joita tiedemiehet kutsuivat "miselleiksi", voi tapahtua erilaisia kemiallisia reaktioita. Tiedemiehet ovat suunnitelleet tällaisia "mikroreaktoreita" hiilivetyjen raaka-aineiden oksidatiiviseen käsittelyyn. Hiilivetyjen ns. nestefaasihapetus mahdollistaa öljyn muuntamisen orgaanisiksi hapoiksi, estereiksi ja monomeereiksi. Näistä aineista saadaan sitten polymeerejä, väriaineita, lääkkeitä ja paljon muuta.

Loppujen lopuksi käy ilmi, mikä hämmästyttävä, yksinkertainen kupla se on ja kuinka paljon hyötyä siitä on ollut ihmisille!

Käytännön osa
1. Kuplan valmistusmenetelmä

Ruoanlaitto resepti

Itse asiassa resepti saippuakuplien tekemiseen nestemäisellä pesuaineella, saippualla ja vedellä on hyvin yksinkertainen. Veden tulee olla pehmeää tai, mikä vielä parempi, tislattua.

Mitä pesuainetta käyttää? Mikä tahansa pyykkisaippua, kaikenlaiset wc-saippuat, shampoot jne.

Pitkäikäisille kupille on suositeltavaa lisätä 1/3 puhtaan glyseriinin tilavuudesta tuloksena olevaan liuokseen. Kuinka kauan kupla elää, riippuu siitä, kuinka kauan se pysyy märkänä. Glyseriini hidastaa hyvin kuivumisaikaa. Sokerin vesiliuos gelatiinin kanssa toimii myös.

Saippuan liukenemisen osuudet riippuvat suuresti aluestasi ja nykyisestä vuodenajasta, koska lämpötila, ilmankosteus ja vastaavat tekijät vaikuttavat suuresti kuplien laatuun. Keskimääräinen vaihteluväli on 10 osaa vettä yhteen osaan saippuaa. Glyseriinin osuuksina lisätään 1/5 - 1/3 osaa saippuaseoksen tilavuudesta tai 1/4 osa sokeriliuosta gelatiinilla.

Puhallustyökalut

Yksinkertaisin lankalenkki. Ota pala ohutta mutta jäykkää lankaa ja muodosta halkaisijaltaan noin 4 cm lenkki sen toiseen päähän. Käyttöä varten kasta silmukka liuokseen ja puhalla kevyesti.

cocktailpillejä antaa hyvän tuloksen. Vaikutus on parempi, jos teet 4 oikosulkua (noin 3 cm) toiseen päähän ja erotat ne eri suuntiin, kuten kamomilla.

Suppilo keittiö nesteiden siirtoa varten.

1. Koe

Äiti ja isä teimme seuraavat kokeet kotona:

100 ml vettä kaadettiin kahteen lasiin, jokaiseen lasiin lisättiin 30 ml glyseriiniä. Sitten ensimmäiseen lasiin lisättiin 10 ml Fairy-pesuainetta ja toiseen lasiin 10 ml vauvashampoota. Lasien sisältö sekoitettiin posliinilusikalla. Valmistetusta nesteestä puhallettiin ulos kuplia.

Havainnot: saippuakuplien puhallus saadaan parhaiten Fairy-pesuainetta sisältävästä liuoksesta (Liite 1).

Kokeessa 1 valmistetusta nesteestä yritimme puhaltaa erimuotoisia kuplia käyttämällä cocktailputkea, suppiloa ja kaupasta ostettuja eri geometrisia muotoja olevia erityisiä kuplien puhalluskehyksiä. Tarkastelimme huolellisesti kuplien väriä

Havainnot: puhalletut saippuakuplat ovat vain pyöreitä, pallomaisia. Aluksi kaikki kuplat olivat läpinäkyviä, ja kun valonsäteet osuivat niihin, ne muuttuivat monivärisiksi (Liite 2).

Kaadoimme lautaselle saippualiuosta siten, että lautasen pohja peittyi 2-3 mm kerroksella, laitoimme keskelle smurffilelun ja peitimme sen suppilolla. Sitten suppiloa hitaasti nostaen ne puhalsivat sen kapeaan putkeen, ja kun tämä kupla saavutti riittävän koon, he kallistavat suppiloa sivulle vapauttaen kuplan sen alta.

Havainnot: pieni lelu päätyi saippuakuplan sisään (Liite 3). Se oli todella kaunista.

Sytytimme kynttilän. Aiemman kokemuksen suppiloa käyttäen puhalsimme kuplan ja suuntasimme suppilon kohti kynttilän liekkiä.

Havainnot: kynttilän liekki poikkesi selvästi sivuun (Liite 4).

Kokemus 5. Saippuakuplien kiteytyminen.

Menimme ulos parvekkeelle, jossa ilman lämpötila oli -10 astetta. Puhallimme kuplia kylmässä.

Havainnot: saippuakuplat eivät kiteytyneet maassamme, vaikka kirjallisuudessa löysimme väitteen, että ne kiteytyvät -7 asteen lämpötilassa.

johtopäätöksiä

Tutkimukseni aikana päädyin seuraavaan johtopäätöksiä:

1. Saippuakuplaa täytettäessä se voi olla vain pyöreä, koska pintajännitysvoimat pyrkivät antamaan saippuakuplalle pallon muodon.

2. Valkoisella valolla valaistut värittömästä nesteestä saadut saippuakuplat ovat värjätty kaikilla sateenkaaren väreillä valoaaltojen interferenssin vuoksi.

3. On parasta käyttää Fairy-pesuainetta saippuakuplien tekemiseen kotona.

4. Saippuakuplan kalvo on aina jännityksessä ja puristaa sen sisältämää ilmaa, joten ohuimpien kalvojen lujuus ei ole niin vähäinen.

5. Voit puhaltaa saippuakuplia esineiden ympärille. Se on todella mielenkiintoista.

Bibliografinen luettelo

Blinov L. Molecules-mermaids // "Tiede ja elämä", nro 4, - 1989.

Geguzin Ya.E. Bubbles - M.: Nauka, 1985.

Jättiläisiä saippuakuplia. Laite saippuakuplien puhaltamiseen RF-patentti nro 2139119

Perelman Y. "Viihdyttävä fysiikka", Moskova, 1967.

Kuplat kylmässä // "Tiede ja elämä", nro 2, - 1982.

Schwartz A., Perry J., Bern J., Pinta-aktiiviset aineet ja pesuaineet - M., 1960

Lushchekina O.B. Saippuakuplien esitys tai mihin projektityö voi johtaa // sanomalehti "Fysiikka", nro 22, - 2004.

Internet-resurssit:

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

Liite 1.

Kokemus 1. Saippuakuplien valmistusliuoksen valmistus.

Mittaa ja kaada vettä

Lisää glyseriiniä

Lisää pesuaine ja shampoo

Sekoitamme kaikki

Puhaltaa kuplia

Liite 2

Kokemus 2. Kuplien muodostus eri työkaluilla ja niiden värin tutkiminen.

Mutta ne ovat silti pyöreitä ja monivärisiä.

Liite 3

Kokemus 3. Saippuakupla esineen ympärillä.

Liite 4

Kokemus 4. Saippuakuplan seinämät syrjäyttävät ilmaa.

Kynttilän liekki taittuu.