Mysteriet med såpebobler. Start i vitenskap Forskningsprosjektbobler

Solovyov Grigory

Den hadde så mye glans
Det var slik arroganse
Og han - vann og såpe
Oppblåst blanding.

Såpeboble - designet er veldig stabilt. Hvis du husker det byggemateriale er hovedsakelig vann, - stabiliteten til såpeboblen kan ikke annet enn å forbløffe. Hva gir en slik stabilitet til en boble laget av den tynneste væskefilmen? Ultimativ enkelhet og perfeksjon av form? Klart det er det! De såkalte "arkitektoniske utskeielsene", hvis de virkelig er "overskridelser", bidrar vanligvis ikke til forbedring og pålitelighet av designet. Men enklere, mer majestetisk og mer perfekt form enn sfæren, nei! Men saken er tydeligvis ikke bare i form: en stabil boble kommer ikke ut av rent vann, men en tynn, stabil, flerfarget boble dannes av vann med tilsetning av såpe.

Nedlasting:

Forhåndsvisning:

Departementet for utdanning og vitenskap i Republikken Khakassia

MOU Novorossiysk ungdomsskole

Vitenskapelig og praktisk konferanse

Boblens mysterium

Jeg har gjort jobben:

Solovyov G.

Vitenskapelig rådgiver:

Sidorina S.N.

Grunnskolelærer

Novorossiysk 2010

1 Såpeboble veggstruktur
2 Fysiske fundamenter

2.1 Overflatespenning og form
2.2 Boblefrysing
2.3 Sammenslåing av bobler
2.4 Interferens og refleksjoner

3 Matematiske egenskaper
4 Hvordan lage såpebobler

4.1 Komponenter
4.2 Prosedyre
4.3 Kjempe boble

5 Eksperimentell

Introduksjon

Den hadde så mye glans
Det var slik arroganse
Og han - vann og såpe
Oppblåst blanding.

Samuil Marshak "Soap Bubbles"

Å analysere den vitenskapelige litteraturen om problemet med dannelsen av en såpeboble
Avslør ingrediensene for en mer bærekraftig såpeboble.
Sjekk hva som bestemmer størrelsen på såpeboblen og holdbarheten.

Såpeboble

Såpeboble - tynt flerlagfilmsåpeaktigvann fylt med luft, vanligvis i formkuler iriserende flate. Såpebobler varer vanligvis bare noen få sekunder og sprekker ved berøring eller spontant. De brukes ofte i spill av barn.

Såpeboble veggstruktur

Boblefilmen består av et tynt lag vann klemt mellom to lag med molekyler, oftest såpe. Disse lagene inneholder molekyler, hvorav en del erhydrofil, og den andre hydrofobisk. Den hydrofile delen tiltrekkes av et tynt lag med vann, mens den hydrofobe delen tvert imot presses ut. Som et resultat dannes lag som beskytter vann mot rask fordampning, samt redusereroverflatespenning.

Fysiske fundamenter

Overflatespenning og form

Boblen eksisterer fordi overflaten til enhver væske (i dette tilfellet vann) har en viss overflatespenning som gjør at overflaten oppfører seg som noe annet.elastisk. Imidlertid er en boble laget av kun vann ustabil og sprekker raskt. For å stabilisere tilstanden, noenoverflateaktive midlereks såpe. En vanlig misforståelse er at såpe øker overflatespenningen til vann. Faktisk gjør den akkurat det motsatte, og reduserer overflatespenningen til omtrent en tredjedel av den for rent vann. Når en såpefilm strekkes, reduseres konsentrasjonen av såpemolekyler på overflaten, noe som øker overflatespenningen. Dermed styrker såpen selektivt de svake områdene av boblen, og hindrer dem i å strekke seg lenger. I tillegg til dette holder såpen vannet fra å fordampe, og gjør dermed boblens levetid enda lengre.

Den sfæriske formen til boblen oppnås også på grunn av overflatespenning. Strekkkrefter danner en kule fordi en kule har det minste overflatearealet for et gitt volum. Denne formen kan bli betydelig forvrengt av luftstrømmer og selve bobleoppblåsingsprosessen. Men hvis boblen får lov til å flyte i stille luft, vil formen veldig snart bli nær sfærisk.

Fryser bobler

Såpebobler tilkobling

Hvis du blåser opp en bobletemperatur −15 °C, vil den fryse ved kontakt med overflaten. Luften inne i boblen vil gradvis lekke ut og til slutt vil boblen kollapse under sin egen vekt.

Ved -25°C fryser boblene i luften og kan knekke når de treffer bakken. Hvis du blåser opp en boble med varm luft ved denne temperaturen, vil den fryse i en nesten perfekt sfærisk form, men når luften avkjøles og avtar i volum, kan boblen delvis kollapse og formen vil bli forvrengt. Bobler som blåses opp ved denne temperaturen vil alltid være små, siden de fryser raskt, og hvis du fortsetter å blåse dem opp, vil de sprekke.

Slå sammen bobler

Når to bobler kommer sammen, får de formen med minst mulig overflate. Deres felles vegg vil stikke ut i den større boblen, siden den mindre boblen har en størregjennomsnittlig krumningog mer internt press. Hvis boblene har samme størrelse, vil deres felles vegg være flat.

Reglene som bobler adlyder når de er tilkoblet er eksperimentelt etablert i1800-talletbelgisk fysikerJoseph-platåetog bevist matematisk i1976Jean Taylor.

Såpefilmer er stykkevisglatt flate, gjennomsnittlig krumningsom er konstant på hver glatt seksjon.
Hvis det er mer enn tre bobler, vil de være plassert på en slik måte at bare tre vegger kan kobles nær en kant, mens vinklene mellom dem vil være lik 120 °, på grunn av likheten i overflatespenning for hver kontaktflate .
Skjæringslinjene til overflatene skjærer hverandre i ett punkt i fire deler, og vinkelen mellom to er lik arccos(-1/3)≈109,47°.

Bobler som ikke følger disse reglene kan i prinsippet dannes, men de vil være svært ustabile og raskt få riktig form eller kollapse.biersom søker å redusere forbruketvoks, koble honningkaker i utslettogså i en vinkel på 120°, og dannes dermedvanlige sekskanter.

Interferens og refleksjoner

Refleksjon av skyer i en såpeboble

Iriserende "regnbue"fargersåpebobler er produsert avinterferens av lysbølgerog bestemmes av tykkelsen på såpefilmen.

Når lysgår gjennom en tynn film av boblen, en del av den reflekteres fra den ytre overflaten, mens den andre delen trenger inn i filmen og reflekteres fra indre overflate. Fargen på strålingen som observeres i refleksjonen bestemmes av interferensen av disse to refleksjonene. Siden hver passasje av lys gjennom filmen skaper en faseforskyvning proporsjonal med tykkelsen på filmen og omvendt proporsjonal med bølgelengden, avhenger resultatet av interferensen av to størrelser. Ved reflektering legges noen bølger til i fase, mens andre er ute av fase, og som et resultat blir det hvite lyset som kolliderer med filmen reflektert med en fargetone avhengig av filmens tykkelse.

Ettersom filmen blir tynnere på grunn av fordampning av vann, kan det observeres en endring i fargen på boblen. En tykkere film fjerner den røde komponenten fra det hvite lyset, og gjør dermed det reflekterte lyset blågrønt. En tynnere film fjerner gult (etterlater blått lys), deretter grønt (etterlater magenta), og deretter blått (etterlater gyllent gult). Til slutt blir bobleveggen tynnere enn bølgelengden til synlig lys, alle de reflekterte bølgene av synlig lys legger seg opp i motfase, og vi slutter å se refleksjonen i det hele tatt (mot en mørk bakgrunn ser denne delen av boblen ut som en "svart flekk"). Når dette skjer, er bobleveggtykkelsen mindre enn 25nanometerog boblen vil sannsynligvis sprekke snart.

Interferenseffekten avhenger også av vinkelen lysstrålen treffer boblefilmen med. Dermed, selv om veggtykkelsen var den samme overalt, ville vi fortsatt observere forskjellige farger på grunn av boblens bevegelse. Men tykkelsen på boblen endrer seg hele tiden på grunn av tyngdekraften, som trekker væsken til bunnen slik at vi vanligvis kan se striper av forskjellige farger som beveger seg fra topp til bunn.

Matematiske egenskaper

Det dannes såpeboblerskum

Såpebobler er også en fysisk illustrasjon av problemet.minimum overflate, et komplekst matematisk problem. For eksempel, til tross for at det siden 1884 har vært kjent at en såpeboble har et minimumsareal for et gitt volum, var det først i 2000 atat to sammenslåtte bobler også har minimum overflateareal for et gitt sammenslått volum. Denne oppgaven har blitt kalt dobbeltbobleteoremet. Også, bare med fremkomsten av geometrisk målteori var det mulig å bevise at den optimale overflaten vil værestykkevis glatt, og ikke uendelig ødelagt.

Filmen av en såpeboble har alltid en tendens til å minimere overflaten. Dette skyldes det faktum atgratis energiflytende film er proporsjonal med overflatearealet og har en tendens til å oppnå et minimum:

hvor σ er overflatespenningen til stoffet, og S er det totale overflatearealet til filmen. Den optimale formen for en enkelt boble er en kule, men flere bobler kombinert sammen har en mye mer kompleks form.

Hvordan lage såpebobler

Såpeboble

Den enkleste måten er å bruke en spesiell såpeboblevæske (som selges som leketøy) eller ganske enkelt blande oppvaskmiddel med vann. Men sistnevnte metode gir deg kanskje ikke så gode resultater som du ønsker å få, så her er noen triks for å forbedre resultatet:

Komponenter

Noe som reduserer overflatespenningen til vann, som flytende såpe eller babysjampo. Jo renere såpen (uten parfyme eller andre tilsetningsstoffer), jo bedre kan resultatet bli.
Noe å tette vann. Mest bruktglyserol(som kan kjøpes påapotek). Du kan også bruke sukker, som best løses i varmt vann. Vannets tetthet kan imidlertid bli for høy, så moderasjon er viktig.
Destillert vann. Vann fra springen inneholder kalsiumioner som binder såpe. Destillert vann fungerer bedre.

Fremgangsmåte

Hvis du lar blandingen stå åpen i flere timer, vil tettheten også bli høyere. Men igjen, hvis det blir for høyt, vil det være vanskelig å blåse bobler.
Det er best å unngå bobler eller skum på overflaten av blandingen ved å forsiktig børste dem av eller bare vente til de forsvinner.
Hvor enkelt det er å lage bobler avhenger av mange forskjellige faktorer. Ulik såpe, forskjellige forhold miljø for eksempel er det bedre å unngå støvete luft eller vind. Dessuten, jo mer fuktighet, jo bedre, noe som betyr at det er bedre å lage bobler på en regnværsdag. Med andre ord, den beste måten å finne den perfekte løsningen på er gjennom prøving og feiling.

Hvordan blåse gigantiske såpebobler

La oss lage en såpeløsning først. Vi trenger:

En slags beholder.

Vann (1 l.).

Vaskemiddel (f.eks. Fairy) eller dusjsåpe (f.eks. Palmolive) (150-200 ml).

Litt glyserin, som kan kjøpes på apotek (25 ml.).

(Valgfritt) Personlig smøremiddel, ikke-oljebasert, også tilgjengelig fra apotek (25 ml).

To pinner uansett størrelse, men for bestemthetens skyld, la dem være 30 cm.

Bomullstau, ca 50 cm.

2. For at boblene skal være holdbare, må vannet være mykt, det er bedre om det er destillert.

3. Varm opp vannet og hell det i beholderen. Som beholder er det bedre å bruke en som har et bredt lokk slik at oppblåseren vår kan senkes fritt der. Hvis du bruker en glassbeholder, husk at varmt vann må helles gradvis i den, og varme opp veggene til fartøyet, ellers vil det sprekke.

4. Hvor lett det vil være å blåse opp bobler avhenger av mange parametere, spesielt av luftfuktigheten i området der du bor. Derfor, hvis du ønsker å oppnå den ideelle sammensetningen, hell dusjgelen i vannet i flere porsjoner, hver gang sjekk om løsningen har blitt bedre. Hvis du er utålmodig, kan du umiddelbart blande 150 ml. gel med vann, bobler kan blåses opp selv med ufullkommen sammensetning.

5. Tilsett 25 ml til løsningen. glyserin og 25 ml. smøremiddel (du klarer deg uten glidemiddel) og bland alt godt. Vær forsiktig så du ikke lager skum mens du rører. Hvis det vises, kan du fjerne det med en skje.

6. Test løsningen ved å blåse en boble gjennom røret. Ikke bekymre deg om boblene kommer ut normalt så langt. Hemmeligheten bak enorme bobler ligger ikke bare i såpeoppskriften. Tilsett gjerne gel eller andre ingredienser hvis du vil eksperimentere.

7. Nå må du lage en oppblåsbar enhet. Den består av to pinner, mellom hvilke et tau knyttes slik at det danner en trekant.

8. Det er best å blåse bobler ute i stille vær (eller med en liten bris). Senk oppblåseren ned i løsningen, løft den opp og begynn å bevege seg bakover. Den resulterende luftstrømmen vil blåse opp boblen. Ha det gøy og eksperimenter gjerne!

eksperimentell del

JEG.- Klargjøring av løsning

Som et resultat av forsøket ble det funnet at de mest holdbare og elastiske filmene oppnås fra en blanding av vaskesåpe, sukker og gelatin (erstatter glyserin), og Fairy og Fa vaskemidler (med tilsetning av glyserin) viste også gode resultater . Vaskemiddelkonsentrasjonen avhenger av romfuktighet, temperatur og mange andre faktorer. Resultatene av eksperimentet er presentert i tabellen

Vaskemiddel	Addisjon	Såpekonsentrasjon, %	Gjennomsnittlig såpeboblediameter, cm
Vaskemiddel	1/4 sukker med gelatin	20	11-12
"glyserin" såpe	-	27	7
Fe	-	12	10
Fa	1/3 glyserin	37	8

Til forsøkene brukte vi destillert vann (tungt vann på grunn av mineralinnholdet vil gi sprø bobler).

II. - Trådrammer

Når du senker volumetriske rammer i en såpeløsning, oppnås fantastisk formede filmer. Når det gjelder kuben, tetraederet, sylinderen og mange andre former, er filmene festet til kantene og konvergerer innvendig.

Arealet av filmene strukket over rammen er alltid minimalt, fordi dette tilsvarer minimum overflateenergi. Ved hjelp av rammer kan du visuelt løse noen geometriske og arkitektoniske problemer. Når du designer bygninger, er takene til oppsett laget i form av rammer. Beregningen verifiseres ved hjelp av såpefilmer som dannes på disse rammene.

Nødvendig tilstand for å få såpefilmer - lukketheten til rammen. For at en såpefilm skal dannes på spiralen, er det nødvendig å koble den første og siste svingen med en akse. Aksen trenger ikke å passere i sentrum, dens oppgave er å lukke rammen. Den spiralformede rammen kan gjøres bedre, slik at du kan trekke sammen og skyve fra hverandre svingene på spiralen.

Flere bobler i hverandre

Blås først en stor boble. Deretter fukter vi røret fra under cocktailen i såpevann og gjennomborer en stor boble, og trekker røret sakte tilbake, uten å bringe det til kanten, vi blåser ut den andre boblen som er innesluttet i den første. For at boblene ikke skal sprekke ved kontakt med hånden, må den først fuktes med såpevann.

Figur i en boble

Hell såpeløsning i en tallerken eller på et brett slik at bunnen av platen er dekket med et lag på 2-3 mm i høyden; legg figuren i midten og dekk med en trakt. Deretter, sakte heve trakten, blåser vi inn i det smale røret - en såpeboble dannes; når denne boblen når en tilstrekkelig størrelse, vipper vi trakten, som vist, og slipper en boble fra under den. Da vil figuren ligge under en gjennomsiktig halvsirkelformet hette laget av såpefilm.

Boble på ikke fuktet overflate

En nødvendig betingelse for å skaffe såpefilmer er rammeverkets lukkethet. En såpeboble, i kontakt med en solid, ikke fuktbar overflate, kollapser ikke. På en slik overflate har den en sfærisk form, fordi massen til boblen er ekstremt liten og tyngdekraften ikke påvirker formen.

Forhåndsvisning:

For å bruke forhåndsvisningen av presentasjoner, opprett en Google-konto (konto) og logg på: https://accounts.google.com

Bildetekster:

Såpeboblens mysterium Fullført av: Soloviev Grisha 4. klasse elev

Det var så mye glans i ham, Det var slik arroganse, Og han - vann og såpe Hovent blanding. Samuil Marshak "Soap Bubbles"

Hensikten med arbeidet er å avsløre hemmeligheten bak såpeboblen. Mål: Å analysere vitenskapelig litteratur om problemet med såpebobledannelse Å identifisere komponentene for en mer bærekraftig såpeboble. Sjekk hva som bestemmer størrelsen på såpeboblen og holdbarheten.

Vaskemiddeltilsetning Såpekonsentrasjon, % Gjennomsnittlig såpeboblediameter, cm Vaskesåpe 1/4 del sukker med gelatin 20 11-12 "glycerin" såpe - 27 7 "Fairy" - 12 10 "Fa" + 1/3 glyserin 37 8

Suchkov Ilya

Prosjektleder:

Kozlova Nadezhda Petrovna

Institusjon:

MBOU "Penovskaya ungdomsskole oppkalt etter E.I. Chaikina" landsbyen Peno

Forskningsarbeid i grunnskole"Hemmeligheter med såpebobler" utført av en elev av 1. klasse ved en omfattende skole. Dette arbeidet er viet til studiet av såpeboblers natur og egenskaper, samt prosessen med å lage den mest passende såpeløsningen hjemme.

Forfatteren av forskningsprosjektet ved barneskolen "Secrets of Soap Bubbles" studerer teoretisk materiale om såpeboblers historie, studerer deres grunnleggende egenskaper. Den praktiske delen av prosjektet inneholder de grunnleggende oppskriftene for å lage boblesåpe hjemme, hvor eleven sammenligner størrelsen og holdbarheten til de resulterende såpeboblene.

I dette prosjekt i barneskolen "Secrets of såpebobler" En elev på 1. klasse skal demonstrere morsomme eksperimenter og eksperimenter med såpebobler laget ved hjelp av verktøy som et cocktailrør, en trakt, en flaske uten bunn, en trådramme, en enhet laget av pinner og tråd.

Introduksjon
1. Hva er en såpeboble.
2. Historie om såpebobler.
3. Unike egenskaper til såpebobler.
3.1 Hvorfor såpebobler er sfæriske.
3.2 Hvorfor har såpebobler iriserende farger.
3.3 Hvorfor såpebobler ikke flyr på lenge.
3.4 Såpebobler i kulde.
3.5 Utbredt bruk av såpebobler.
4. Hvordan lage såpebobler hjemme.
4.1. Oppskrifter for å lage en løsning for såpebobler.
4.2. Underholdende opplevelser og eksperimenter med såpebobler.
Konklusjon
Bibliografi
applikasjon

jeg lar bobler! Det er så mange av dem, se, de flyr over meg, solen skinner i dem. Bobler spredt Ikke ta dem i hendene, ikke prøv å fange dem De er så lette å skremme! Bare ta på hånden din, klapp! ... Og tom over deg!

O.Borisova

Introduksjon

Såpebobler er vektløse, nesten unnvikende og så vakre. De inspirerer mange mennesker, bringer glede og nytelse. Å blåse vannballonger er et yndet tidsfordriv for alle generasjoner. Såpebobler, som er malt vekselvis i en rekke regnbuefarger, virker fabelaktige og magiske.

Uansett alder forårsaker bobler entusiastiske skrik i folk og et uimotståelig ønske om å umiddelbart ta igjen og fange den flyktende glitrende ballen.

Løsninger for å blåse dette regnbuemiraklet selges i butikken, det er forskjellige generatorer for å skaffe såpemesterverk. Men er det mulig å lage såpebobler hjemme, fra hvilken løsning kan du få de største og mest holdbare såpeboblene? Dette arbeidet vil bli viet til å løse disse problemene.

Relevans: Såpebobler er for tiden en av de bestselgende lekene. Men sannsynligvis tenkte hver av oss minst en gang på spørsmålet: "Er det mulig å tilberede en såpeløsning hjemme, hvor boblene vil glede seg over deres skjøre skjønnhet?".

Absolutt alle barn er naturlig nysgjerrige og elsker å oppdage noe ukjent. Relevansen av dette arbeidet skyldes utviklingen av kreativitet hos barn, ønsket om nye oppdagelser.

Hensikten med studien : Lag såpebobler hjemme, identifiser den mest vellykkede oppskriften for å lage såpebobler, utfør eksperimenter og eksperimenter med såpebobler.

Studieobjekt : såpeboble.

Studieemne : prosessen med å tilberede løsninger hjemme og metoder for å blåse en såpeboble.

For å oppnå dette målet er det nødvendig å løse følgende oppgaver:

Studer teoretisk materiale om emnet " Boble»;
Bli kjent med såpeboblenes historie;
Lær hemmelighetene og egenskapene til en såpeboble;
Lær oppskrifter for å lage en løsning for å blåse såpebobler;
Hjemme, utfør eksperimenter og eksperimenter med å blåse opp ulike typer såpebobler.

Forskningsmetoder:

Analyse av vitenskapelig litteratur om denne studien.
Observasjon av såpebobler fra ulike løsninger.
Eksperiment.

Hypoteser:

La oss anta at såpebobler dannes fra en såpeløsning, og væsken for å blåse såpebobler kan tilberedes hjemme.

Størrelsen og stabiliteten til såpebobler avhenger av sammensetningen av såpeboblevæsken.

Teksten til verket er plassert uten bilder og formler.
Den fullstendige versjonen av verket er tilgjengelig i fanen "Jobbfiler" i PDF-format

1. Teoretisk del 5

1.1. Opprinnelsen til såpebobler 5

1.2. Teoretiske aspekter ved studiet av såpebobler 6

1.3. Sfærisk form av såpebobler 8

1.4. Såpebobleoptikk 9

1.5. Egenskaper til såpebobler i kulde. 12

2. Praktisk del 15

2.1. Fremgangsmåte for såpebobler 15

2.2. Eksperiment 16

Referanser 19

Vedlegg 1. 20

Vedlegg 2. 22

Vedlegg 3. 24

Vedlegg 4. 25

Introduksjon

"Såpeboble, kanskje,

mest fantastiske og mest

utsøkt naturfenomen.

Mark Twain

Relevans.

Jeg elsker å blåse bobler. Jeg liker å beundre deres runde form og iriserende overflate med forskjellige farger. Jeg har alltid ønsket å få en boble som ikke så ut som en ball, slik at formen lignet formen på en kube eller hodet til et dyr. Men dessverre ble såpeboblene mine alltid bare runde.

Hvorfor er såpebobler runde som ballonger? Kanskje, hvis du bruker visse rammer for å blåse opp boblen, får du en boble med en annen form? Er det mulig å forberede en løsning for å blåse bobler hjemme? Hvorfor blir de så lett ødelagt? Tenk på problemet med å få runde såpebobler.

Produksjonen og studien av såpebobler lar deg demonstrere, "føle" mange fysiske lover som er av største betydning innen vitenskap og teknologi.

Basert på de beskrevne motsetningene, utpekte vi objektet, emnet og formålet med vår studie.

Studieobjekt: boble.

Studieemne: form, sammensetning og egenskaper til såpebobler.

Jeg la frem følgende hypotese: ved hjelp av forskjellige rammer kan du lage ikke-sirkulære såpebobler.

Hensikten med min forskning: identifisere egenskapene til såpebobler og hvordan de tilberedes.

Jeg vil nå målet mitt ved å løse oppgaver:

samle informasjon om forberedelse, egenskaper og form av såpebobler;

forbered en løsning for å lage såpebobler hjemme og få såpebobler ut av den;

analysere de teoretiske og praktiske resultatene av å oppnå såpebobler, deres egenskaper og form.

Forskningsstadier:

samle informasjon om formen og egenskapene til såpebobler (spør foreldre, les i en bok, finn på Internett);

kjøp rammer av forskjellige geometriske former for å blåse bobler;

klargjør en løsning for såpebobler;

bestem hvilken løsning for å lage bobler som er den beste;

prøv å blåse bobler av forskjellige geometriske former;

sammenligne de teoretiske og praktiske resultatene av å lage såpebobler;

Metoder og teknikker: observasjon, eksperiment, analyse.

Teoretisk del
1. Opprinnelsen til såpebobler

Fødselsdagen til såpeboblen er fortsatt et mysterium den dag i dag. Men det er sikkert kjent at arkeologer under utgravningene av det gamle Pompeii oppdaget uvanlige fresker som viser unge Pompeianere som blåser såpebobler. Tilsynelatende hadde de sine egne hemmeligheter for såpeproduksjon.

I middelalderen ble bildet av en engel som blåste bobler plassert på gravsteiner og inskripsjonen ble lagt til: "Ingen vil rømme fra dette." Med dette ønsket de tilsynelatende å si at livet er skjørt, som en såpeboble.

På 1800-tallet ble det gitt ut postkort med bildet av en gutt som blåste bobler.

Forfengelig underholdning ung mann blåse såpebobler.

Såpebobler var ikke bare moro for barn, men også et objekt for filosofer å tenke på meningen med livet. Ikke bare et vakkert naturfenomen, men også interesserte seriøse forskere. Charles Boyes publiserte et grunnleggende verk "Såpebobler" for hundre år siden, som den dag i dag er både en morsom barnebok og en skrivebordsguide for teoretiske fysikere og eksperimenter.

Ikke senere enn 1839.

Såpebobler gledet barn og voksne så tidlig som i det gamle Pompeii. Filosofer, kunstnere, vitenskapsmenn har vært interessert i århundrer, og har ikke latt noen være likegyldige i det 21. århundre.

1. Teoretiske aspekter ved studiet av såpebobler

En såpeboble er en tynn film av såpevann som danner en ball med en iriserende overflate.

Boblefilmen består av et tynt lag vann klemt mellom to lag med molekyler, oftest såpe (figur 1).

Figur 1. Skjema av strukturen til en såpeboblefilm.

A og C - et lag med såpemolekyler; B - lag av vannmolekyler

Disse lagene består av ganske komplekse molekyler - havfruer - hvorav den ene delen er hydrofil (liker å komme i kontakt med vann), og den andre er hydrofob (unngå slik kontakt, "frykt" vann).

Den hydrofile delen er delt elektriske ladninger har et dipolmoment. Hun tiltrekkes av et tynt lag med vann. Mens hydrofob - som er en "hale" av en karbonkjede 2,5 nm lang, tvert imot, presses ut. Som et resultat dannes det lag som beskytter vann mot rask fordampning, samt reduserer overflatespenningen (Figur 2).

Imidlertid er en boble laget av kun vann ustabil og sprekker raskt. For å stabilisere tilstanden løses overflateaktive stoffer, som såpe og glyserin, i vann.

Figur 2. Skjema av strukturen til molekyler med hydrofile og hydrofobe deler.

Ved direkte målinger ble det funnet at overflatespenningen til vann avtar to og en halv ganger: fra 7 ∙10 -2 til 3 ∙10 -2 J/m 2 .

Når såpefilmen strekkes, vil de gjenværende såpemolekylene komme ut av volumet til overflaten, og fullføre konstruksjonen av palisaden. Dermed styrker såpen selektivt de svake områdene av boblen, og hindrer dem i å strekke seg lenger. Når alle molekylene til det overflateaktive stoffet forlater volumet av filmen, vil dens ytterligere strekking føre til ødeleggelse av boblen. Filmen av en såpeboble er noe av det tynneste som er tilgjengelig for det blotte øye.

1. Sfærisk form av såpebobler

Boblen eksisterer fordi overflaten til enhver væske (i dette tilfellet vann) har en viss overflatespenning. Tilstedeværelsen av overflatespenningskrefter gjør at væskeoverflaten ser ut som en elastisk strukket film, med den eneste forskjellen at de elastiske kreftene i filmen avhenger av overflatearealet (det vil si hvordan filmen deformeres), og overflatespenningskreftene. ikke avhengig av overflaten til væsken.

Såpebobler er en fysisk illustrasjon av minimumsoverflateproblemet, et komplekst matematisk problem. Selv om det har vært kjent siden 1884 at en såpeboble har et minimum overflateareal for et gitt volum, var det først i 2000 at to kombinerte bobler også ble bevist å ha et minimum overflateareal for et gitt kombinert volum. Denne oppgaven har blitt kalt dobbeltbobleteoremet.

Den sfæriske formen kan bli betydelig forvrengt av luftstrømmer og dermed av selve bobleoppblåsingsprosessen.

Men hvis boblen får lov til å flyte i rolig luft, vil formen veldig snart bli nær sfærisk. Geometrien til såpebobler forvirrer fortsatt matematikere.

Fra et fysikksynspunkt er en boble bare sfærisk hvis tyngdekraften ikke tvinger væsken til å bevege seg i volumet av boblefilmen, og derfor ikke fører til at filmen i bunnen er tykkere enn på toppen, og formen er forvrengt.

1. Såpebobleoptikk

Det brenner som en påfuglhale.

Hvilke blomster er det ikke i den!

Lilla, rød, blå,

Grønn, gul farge.

En oppblåst ballong tar av,

Mer gjennomsiktig enn glass.

Innvendig er det som

Speil glitrer.

Lys i verdensrommet

Spiller en lett ball

Så blir havet blått i det,

Det brenner i den.

S. Ya. Marshak "Soap Bubbles"

En av de største fysikerne, Thomas Jung, som med sin forskning underbygget bølgeideer om lys og spesielt om interferensfenomenenes natur, om fargene på tynne filmer.

Overraskende - en film av en fargeløs væske, en løsning av såpe i vann, opplyst med hvitt lys, er farget med alle regnbuens farger. La oss se hvorfor dette skjer.

Fargen på såpebobler forklares av interferensen av bølger som reflekteres fra filmens ytre og indre overflater. Strålebanen i tynne filmer er vist i figur 4.

Interferens av lysbølger kalt tillegg av to koherente bølger, som et resultat av at det er en økning eller reduksjon i de resulterende lysvibrasjonene på forskjellige punkter i rommet.

Figur 4. Interferens av lysstråler på overflaten av en såpeboble.

Vi fant ut hvordan fargen på såpebobler ser ut, men hvorfor har noen en iriserende farge, mens andre ikke har det?

Tvil, tro, iver av levende lidenskaper

Luftboblespill:

Den regnbuen blinket, og denne er grå

Og alt vil knuses

Dette er livet til folket.

Til å begynne med er filmen fargeløs, da den har omtrent samme tykkelse. Deretter renner løsningen gradvis ned. På grunn av den forskjellige tykkelsen på den nedre fortykkede og øvre tynne filmen, vises en iriserende farge.

For å fullføre historien om optikken til en såpeboble, er det nødvendig å si om svarte striper og flekker i fargen. Boblen vil sprekke akkurat på dette, det tynneste og svakeste stedet. Hvis filmtykkelsen er veldig liten sammenlignet med bølgelengden, vil strålene oppheve hverandre. Og dette betyr at det er det svart farge filmer.

Såpebobler får en regnbuefarge på grunn av fenomenet interferens av lysbølger som reflekteres fra filmens ytre og indre overflater.

1.5. Egenskaper til såpebobler i kulde.

Boblen ved sakte avkjøling superkjøles og fryser ved ca -7°C. Filmen viser seg å ikke være skjør, som det ser ut til å være en tynn isskorpe. Hvis du lar en krystallisert såpeboble falle ned på gulvet, vil den ikke bryte, vil ikke bli til ringende fragmenter, som en glasskule, som brukes til å dekorere et juletre. Det vil vises bulker på den, individuelle fragmenter vil vri seg til rør. Filmen er ikke sprø, den viser plastisitet. Plassiteten til filmen viser seg å være en konsekvens av den lille tykkelsen.

Når du blåser bobler i sterk frost -20 °C, -25 °C, vises små krystaller umiddelbart på forskjellige punkter på overflaten, som raskt vokser og til slutt smelter sammen til et enkelt bilde, i skjønnhet som ikke er dårligere enn frostmønstre på vinduet .

Den tidligere diskuterte mekanismen for strukturen til såpebobler lar oss forstå prosessen med å fjerne smuss ved hjelp av såpevann. Den hydrofile delen av vaskemiddelet samhandler med vann, trenger inn i vannet og bærer med seg forurensningspartikkelen festet til den hydrofobe enden.

Innen meteorologi og luftfart brukes prototypen til en såpeboble – en aerostat (ballong) – til væroppdagelse og spennende flyreiser. I skallet til en såpeboble er det varm luft, som (som du vet) har lavere tetthet enn kald luft, og faktisk derfor er boblen i stand til å stige opp. Etter samme prinsipp tar en ballong opp i himmelen.

En såpefilm strukket over rammer kan ta på seg det mest utrolige, ser det ut til. Denne eiendommen er mye brukt av arkitekter og designere.

I gruveindustrien, ved hjelp av luftbobler, utføres flotasjon: prosessen med anrikning av gruvemalm. Boblene i løsningen omslutter malmpartiklene og løfter dem til overflaten, mens gråberget blir liggende i bunnen.

Såpebobler brukes også i oljeraffineringsindustrien. For å gjøre olje om til forskjellige materialer som menneskeheten trenger, må den behandles. For effektiv oljeraffinering foreslår russiske forskere å bruke miceller - faktisk såpebobler. Disse og andre surfaktantstudier er støttet av russiske og internasjonale stipender. Forskere fra Moscow Institute of Chemical Physics ved det russiske vitenskapsakademiet var blant de første som fant ut at hvis vann og overflateaktive stoffer tilsettes allerede renset olje, dannes det stabile "såpebobler" fylt med vann i oljen. Det viste seg at i disse boblene, som forskerne kalte "miceller", kan det oppstå ulike kjemiske reaksjoner. Forskere har designet slike "mikroreaktorer" for oksidativ prosessering av hydrokarboner. Den såkalte væskefaseoksidasjonen av hydrokarboner gjør det mulig å omdanne olje til organiske syrer, estere og monomerer. Det er fra disse stoffene at polymerer, fargestoffer, medikamenter og mye mer blir oppnådd.

Tross alt viser det seg hvilken fantastisk, enkel boble det er, og hvor mye nytte det har gitt folk!

Praktisk del
1. Teknikk for å lage såpebobler

Matlagingsoppskrift

Faktisk er oppskriften på å lage såpebobler med flytende vaskemiddel, såpe og vann veldig enkel. Vann skal være mykt eller, enda bedre, destillert.

Hvilket vaskemiddel skal du bruke? Eventuell vaskesåpe, alle typer toalettsåpe, sjampo osv.

For langlivede bobler anbefales det å tilsette 1/3 av volumet av ren glyserin til den resulterende løsningen. Hvor lenge en boble lever avhenger av hvor lenge den holder seg våt. Glyserin er utmerket til å senke tørketiden. En vandig løsning av sukker med gelatin fungerer også.

Andelene av såpeoppløsning er svært avhengig av området ditt og gjeldende sesong, siden faktorer som temperatur, luftfuktighet og lignende påvirker kvaliteten på boblene i stor grad. Gjennomsnittlig rekkevidde er 10 deler vann til en del såpe. Andelene av glyserin tilsettes fra 1/5 til 1/3 deler i forhold til volumet av såpeblandingen, eller 1/4 del av sukkerløsningen med gelatin.

Blåseverktøy

Den enkleste trådsløyfen. Ta et stykke tynn, men stiv ledning og lag en løkke på ca. 4 cm i diameter i en av endene. For å bruke, dypp løkken i løsningen og blås forsiktig.

cocktail sugerør gi et godt resultat. Effekten blir bedre hvis du gjør 4 korte kutt (ca. 3 cm) i en av endene og skiller dem i forskjellige retninger, som en kamille.

Trakt kjøkken for transfusjon av væsker.

1. Eksperiment

Mamma og pappa og jeg gjorde følgende eksperimenter hjemme:

100 ml vann ble helt i to glass, 30 ml glyserin ble tilsatt til hvert glass. Deretter ble 10 ml Fairy vaskemiddel tilsatt i det første glasset, og 10 ml babysjampo ble tilsatt i det andre glasset. Innholdet i glassene ble blandet med en porselensskje. Bobler ble blåst ut av den tilberedte væsken.

Observasjoner: blåsing av såpebobler oppnås best fra en løsning som inneholder Fairy-vaskemiddel (vedlegg 1).

Fra væsken tilberedt i eksperiment 1 prøvde vi å blåse bobler av forskjellige former ved å bruke et cocktailrør, en trakt og spesielle rammer med forskjellige geometriske former for å blåse bobler kjøpt i butikken. Vi så nøye på fargen på boblene

Observasjoner: blåste såpebobler har bare en rund, sfærisk form. Først var alle boblene gjennomsiktige, og når lysstråler traff dem, ble de flerfargede (vedlegg 2).

Vi helte en såpeløsning i platen slik at bunnen av platen ble dekket med et lag på 2-3 mm, satte en smurfe-leke i midten og dekket den med en trakt. Deretter, sakte hevet trakten, blåste de inn i det smale røret, og når denne boblen nådde tilstrekkelig størrelse, vippet de trakten til siden, og slapp boblen fra under den.

Observasjoner: en liten leke havnet inne i en såpeboble (vedlegg 3). Det var veldig vakkert.

Vi tente et lys. Ved å bruke trakten fra forrige erfaring blåste vi opp boblen og rettet trakten mot lysflammen.

Observasjoner: lysets flamme avvek merkbart til siden (vedlegg 4).

Erfaring 5. Krystallisering av såpebobler.

Vi gikk ut på balkongen, hvor lufttemperaturen var -10 grader. Vi blåste bobler i kulden.

Observasjoner: såpebobler krystalliserte ikke i vårt land, selv om vi i litteraturen fant utsagnet om at de krystalliserer ved en temperatur på -7 grader.

konklusjoner

Under min research kom jeg frem til følgende konklusjoner:

1. Når du blåser opp en såpeboble, kan den bare være rund i form, siden overflatespenningskrefter har en tendens til å gi såpeboblen form som en ball.

2. Såpebobler fra en fargeløs væske, opplyst med hvitt lys, er farget med alle regnbuens farger på grunn av fenomenet interferens av lysbølger.

3. Det er best å bruke Fairy vaskemiddel for å lage såpebobler hjemme.

4. Filmen til en såpeboble er alltid i spenning og presser på luften som finnes i den, slik at styrken til de tynneste filmene ikke er så ubetydelig.

5. Du kan blåse såpebobler rundt gjenstander. Det er veldig interessant.

Bibliografisk liste

Blinov L. Molecules-mermaids // "Science and Life", nr. 4, - 1989.

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

Kjempe såpebobler. Innretning for å blåse såpebobler RF patent nr. 2139119

Perelman Y. "Underholdende fysikk", Moskva, 1967.

Bobler i kulden // "Vitenskap og liv", nr. 2, - 1982.

Schwartz A., Perry J., Bern J., Surfactants and detergents - M., 1960

Lushchekina O.B. Vis av såpebobler, eller hvor arbeidet med prosjektet kan føre // avis "Fysikk", nr. 22, - 2004.

Internettressurser:

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

Vedlegg 1.

Erfaring 1. Fremstilling av løsning for å lage såpebobler.

Mål og hell vann

Tilsetning av glyserin

Tilsett vaskemiddel og sjampo

Vi blander alt

Blåse bobler

Vedlegg 2

Erfaring 2. Dannelse av bobler ved hjelp av forskjellige verktøy og studiet av fargen deres.

Men de er fortsatt runde og flerfargede.

Vedlegg 3

Opplev 3. En såpeboble rundt en gjenstand.

Vedlegg 4

Erfaring 4. Luft fortrenges av veggene til en såpeboble.

Lysets flamme avbøyes.