«Исследование «Исследование свойств свойств

мыльных пленок» мыльных пленок»

Авторы работы:Ученицы 10 классаСуворова Ксения иБогдановская Юлия

Научный руководитель:Моисеев Валерий Георгиевич,учитель физики

Направление науки: Физика.

2010 год

МОУ «Николо-Поломская СОШ» Парфеньевского района Костромской

области.

Содержание:Содержание:

1.Введение.1.Введение.а) мотивация выбора темы исследования;а) мотивация выбора темы исследования;б) цели исследования.б) цели исследования.2.Опыты с мыльными пузырями и плёнками.2.Опыты с мыльными пузырями и плёнками. 1.Подготовка материалов.1.Подготовка материалов. 2.Занимательные опыты:2.Занимательные опыты:

а) несколько пузырей друг в друге;а) несколько пузырей друг в друге; б) прочная мыльная плёнка;б) прочная мыльная плёнка; в) мыльный пузырь на морозе.в) мыльный пузырь на морозе.

3.Опыты, иллюстрирующие законы физики:3.Опыты, иллюстрирующие законы физики: а) радуга на мыльном пузыре, явление интерференции.а) радуга на мыльном пузыре, явление интерференции. б) линза из мыльной плёнкиб) линза из мыльной плёнки в) постоянная форма пузыря;в) постоянная форма пузыря; г) реакция мыльного пузыря на температуру;г) реакция мыльного пузыря на температуру; д) стремление плёнки занять наименьшую площадь.д) стремление плёнки занять наименьшую площадь.

4.Практическое применение.4.Практическое применение.3.Заключение.3.Заключение.4.Литература.4.Литература.

Мыльный пузырь, витая в воздухеМыльный пузырь, витая в воздухе…… зажигается всеми зажигается всеми оттенками цветов, присущими предметам. Мыльный оттенками цветов, присущими предметам. Мыльный пузырь, пожалуй, самое изысканное чудо природы.пузырь, пожалуй, самое изысканное чудо природы.

Марк Твен.Марк Твен. ВВЕДЕНИЕ.ВВЕДЕНИЕ. Легко ли выдувать мыльные пузыри? Многие думают, что не стоит Легко ли выдувать мыльные пузыри? Многие думают, что не стоит заниматься таким пустым делом. Совсем иначе смотрели на это дело заниматься таким пустым делом. Совсем иначе смотрели на это дело известные физики: Кельвин, Ньютон, Бойс, Дьар. Великий английский известные физики: Кельвин, Ньютон, Бойс, Дьар. Великий английский учёный лорд Кельвин писал: учёный лорд Кельвин писал: ««Выдуйте мыльный пузырь и смотрите на него: Выдуйте мыльный пузырь и смотрите на него: вы можете заниматься всю жизнь его изучением, не переставая вы можете заниматься всю жизнь его изучением, не переставая извлекать из него уроки физикиизвлекать из него уроки физики»». Действительно, радужные переливы красок . Действительно, радужные переливы красок на поверхности тончайших мыльных плёнок дают физику возможность на поверхности тончайших мыльных плёнок дают физику возможность измерить длину световых волн, а исследование натяжения этих нежныхизмерить длину световых волн, а исследование натяжения этих нежных плёнок помогает изучать законы действия сил между частицами и плёнок помогает изучать законы действия сил между частицами и другие законы и явления. Плёнка мыльного пузыря представляет собойдругие законы и явления. Плёнка мыльного пузыря представляет собой одну из самых тонких вещей, какие доступны невооружённому зрению.одну из самых тонких вещей, какие доступны невооружённому зрению. Не редко говорят:Не редко говорят:««Тонкий как волосТонкий как волос»». Но, оказывается, это очень грубое. Но, оказывается, это очень грубое выражение по сравнению с толщиной мыльной плёнки. Чтобы разрезвыражение по сравнению с толщиной мыльной плёнки. Чтобы разрез стенки мыльного пузыря усматривался в виде тонкой линии, волосстенки мыльного пузыря усматривался в виде тонкой линии, волос при таком же увеличении в 40000 раз будет иметь толщину при таком же увеличении в 40000 раз будет иметь толщину свыше 2 метровсвыше 2 метров. .

Мы задались Мы задались целью:целью: изучить свойства мыльных пузырей и пленок, физические явления, изучить свойства мыльных пузырей и пленок, физические явления, происходящие с ними, а также найти практическое применение. Мы изучили литературу происходящие с ними, а также найти практическое применение. Мы изучили литературу на эту тему. Сделали много экспериментов: одни опыты были просто занимательными, ана эту тему. Сделали много экспериментов: одни опыты были просто занимательными, адругие стали иллюстрацией некоторых физических законов. другие стали иллюстрацией некоторых физических законов. Предположим:Предположим:1) Мыльная1) Мыльнаяпленка на каркасе занимает всю внешнюю поверхность тела. 2) Используя различные пленка на каркасе занимает всю внешнюю поверхность тела. 2) Используя различные мылосодержащие средства, самую прочную пленку можно получить с добавлением глицерина. мылосодержащие средства, самую прочную пленку можно получить с добавлением глицерина. Так ли это? 3) Возможно, мы обнаружим новые свойства мыльных пленок ,о которых мы Так ли это? 3) Возможно, мы обнаружим новые свойства мыльных пленок ,о которых мы раньше не знали или просто не обращали внимания на них.раньше не знали или просто не обращали внимания на них.

Опыты с мыльными пузырями и Опыты с мыльными пузырями и пленками. Подготовка материалов.пленками. Подготовка материалов.

Чтобы эти опыты были удачными, необходим хороший раствор, для его приготовления Чтобы эти опыты были удачными, необходим хороший раствор, для его приготовления берётся мыло. Его разводят в холодной дистиллированной воде (можно в дождевой или берётся мыло. Его разводят в холодной дистиллированной воде (можно в дождевой или снеговой) до получения довольно чистого раствора. Добавляют глицерин (одна треть по снеговой) до получения довольно чистого раствора. Добавляют глицерин (одна треть по объёму), а затем с поверхности раствора удаляют пену и пузыри. Но у нас лучше получались объёму), а затем с поверхности раствора удаляют пену и пузыри. Но у нас лучше получались пузыри, если вместо мыла добавлял в воду шампунь и разводил его глицерином. Для пузыри, если вместо мыла добавлял в воду шампунь и разводил его глицерином. Для выдувания применяют соломинки. На нижнем конце соломинки будет выдувания применяют соломинки. На нижнем конце соломинки будет возникать прозрачный шар возникать прозрачный шар –– мыльный пузырь. мыльный пузырь. Производить опыты нужно медленно, осторожно. Производить опыты нужно медленно, осторожно. Оказывается, в этом деле тоже нужна сноровка и Оказывается, в этом деле тоже нужна сноровка и некоторый опыт.некоторый опыт.

Занимательные опыты.Занимательные опыты.

Несколько пузырей друг в друге.Несколько пузырей друг в друге.Из воронки, как и в предыдущемИз воронки, как и в предыдущемслучае, выдули большой мыльныйслучае, выдули большой мыльныйпузырь. Затем мыльную соломинку пузырь. Затем мыльную соломинку просовывали осторожно через просовывали осторожно через стенку первого пузыря до центра.стенку первого пузыря до центра.Выдували второй пузырь, Выдували второй пузырь, заключённый в первом, в нём заключённый в первом, в нём ––третий, четвёртый и т. д. У нас третий, четвёртый и т. д. У нас получалось до двух пузырей друг получалось до двух пузырей друг в друге.в друге.

Прочная мыльная плёнка.Прочная мыльная плёнка.

Смоченный в мыльном растворе стальной шарик, пролетая через плёнку, Смоченный в мыльном растворе стальной шарик, пролетая через плёнку,

также оставляет её целой. Английский физик Дьюар хранил мыльные пузыри в особых также оставляет её целой. Английский физик Дьюар хранил мыльные пузыри в особых

бутылках, хорошо защищёнными от пыли, высыхания и сотрясения воздуха; при такихбутылках, хорошо защищёнными от пыли, высыхания и сотрясения воздуха; при таких

условиях ему удавалось сохранять некоторые пузыри месяц и более. Есть сведения, чтоусловиях ему удавалось сохранять некоторые пузыри месяц и более. Есть сведения, что

под стеклянным колпаком мыльный пузырь может сохранятся годами.под стеклянным колпаком мыльный пузырь может сохранятся годами.

Мыльный пузырь на морозе.Мыльный пузырь на морозе.

Мы приготовили мыльный раствор Мы приготовили мыльный раствор

и вышли на мороз. На морозе выдулии вышли на мороз. На морозе выдули

мыльный пузырь. Мыльная плёнка мыльный пузырь. Мыльная плёнка

покрывалась ледяными иголочками покрывалась ледяными иголочками ––

кристалликами льда. Из этихкристалликами льда. Из этих

иголочек вырастали ледяные иголочек вырастали ледяные

фигурки. фигурки.

Опыты, иллюстрирующие законы Опыты, иллюстрирующие законы физики.физики.

Радуга на мыльном пузыре, явление интерференции.Радуга на мыльном пузыре, явление интерференции.

Мы внимательно рассматривали мыльный пузырь через увеличительное стекло и обратилиМы внимательно рассматривали мыльный пузырь через увеличительное стекло и обратили

внимание на отражение света в мыльной плёнке и на спектральные цвета. Если опустить внимание на отражение света в мыльной плёнке и на спектральные цвета. Если опустить

конец трубки в тарелку с мыльной водой и дуть в трубку, чтобы образовалась мыльная конец трубки в тарелку с мыльной водой и дуть в трубку, чтобы образовалась мыльная

пена, то можно через увеличительное стекло наблюдать на вершинах пузырей цветные пена, то можно через увеличительное стекло наблюдать на вершинах пузырей цветные

кольца. Похожая картина получается в следующем опыте. кольца. Похожая картина получается в следующем опыте.

Поместили на край стакана предварительно смоченный Поместили на край стакана предварительно смоченный

глицерином большой пузырь. глицерином большой пузырь.

На расстоянии от него установили свечу, а с другой стороны бумажный экран. На экране На расстоянии от него установили свечу, а с другой стороны бумажный экран. На экране

отчётливо видно цветные кольца Ньютона, которые перемещаются сверху вниз. отчётливо видно цветные кольца Ньютона, которые перемещаются сверху вниз.

   Интерференция-Интерференция- еще одно еще одно

физическое явление, которое делает физическое явление, которое делает

мыльные пузыри зрелищными и мыльные пузыри зрелищными и

эстетически привлекательными. Еще бы,эстетически привлекательными. Еще бы,

ведь из-за постоянного движения ведь из-за постоянного движения

пузыря в воздухе ,отражение световыхпузыря в воздухе ,отражение световых

лучей от его внешней и лучей от его внешней и

внутренней поверхностей внутренней поверхностей

постоянно меняет уголпостоянно меняет угол

преломления, и мы видим в преломления, и мы видим в

пузыре то радужные разводы, то пузыре то радужные разводы, то

отражение облаков и пр. отражение облаков и пр.

По мере того, как испаряется вода, удерживаемая слоями мыльных молекул, По мере того, как испаряется вода, удерживаемая слоями мыльных молекул,

поверхность пузыря меняет свой цвет: сначала она сине-зеленая, затем, по мере поверхность пузыря меняет свой цвет: сначала она сине-зеленая, затем, по мере истончения пленки, становится синей, потом пурпурной, золотисто-желтой и , наконец, истончения пленки, становится синей, потом пурпурной, золотисто-желтой и , наконец, мы перестаем видеть отражение совсем. Когда толщина мыльной пленки становится мы перестаем видеть отражение совсем. Когда толщина мыльной пленки становится меньше 25 нанометров (тоньше, чем длина волны видимого света), пузырь лопается. меньше 25 нанометров (тоньше, чем длина волны видимого света), пузырь лопается.

Опытным путем мы пытались определить толщину

мыльной пленки. Ниже приведены наши рассчеты: m железного каркаса = 3гр. 400миллигр. ; m каркаса с мыльной пленкой = 3гр.

450миллигр. =>, m (мыльн.пленки)= 50 миллигр.

S каркаса =5,7см*6,7см= 38,19см ^2= 3819 мм^2

Толщина (мыльной пленки в мм) =50/3819=0,65мм

!!! Нужно обязательно учесть погрешность наших измерений, так

как у нас не было точных приборов для исследования.

Линза из мыльной плёнки.Линза из мыльной плёнки.

Взяв проволочное кольцо, мы опустили на него мыльный пузырь. Получилась Взяв проволочное кольцо, мы опустили на него мыльный пузырь. Получилась

двояковыпуклая мыльная линза. Но через такую необыкновенную линзу окружающие двояковыпуклая мыльная линза. Но через такую необыкновенную линзу окружающие

предметы просматриваются без всяких изменений: нет ни увеличения, ни уменьшения, предметы просматриваются без всяких изменений: нет ни увеличения, ни уменьшения, ни ослабления видимости.ни ослабления видимости.

Дело в том, что мыльные линзы, по существу, - воздушные, так как между тончайшими Дело в том, что мыльные линзы, по существу, - воздушные, так как между тончайшими

сферическими мыльными плёнками находится воздух. Световые лучи, проходящие сферическими мыльными плёнками находится воздух. Световые лучи, проходящие

через такую линзу, практически не преломляются. Выдули мыльный пузырь, оторваличерез такую линзу, практически не преломляются. Выдули мыльный пузырь, оторвали

его от конца трубки и сразу же начали быстро двигаться назад его от конца трубки и сразу же начали быстро двигаться назад –– сначала прямо, затем сначала прямо, затем

отклоняясь, то вправо, то влево. Пузырь всё время следовал за нами. Причём, чем отклоняясь, то вправо, то влево. Пузырь всё время следовал за нами. Причём, чем

мменьше пузырь, тем послушней. Такое поведение пузыря связано с тем, что при нашеменьше пузырь, тем послушней. Такое поведение пузыря связано с тем, что при нашем

резком движении между нами и пузырём создаётся область пониженного давления резком движении между нами и пузырём создаётся область пониженного давления

воздуха воздуха –– сюда и устремляется мыльный пузырь. сюда и устремляется мыльный пузырь.

    

Стремление плёнки занять наименьшую площадь.Стремление плёнки занять наименьшую площадь.

Если, выдув пузырь, вынуть трубку изо рта, то он будет заметно уменьшаться в объёме.Если, выдув пузырь, вынуть трубку изо рта, то он будет заметно уменьшаться в объёме.

Это происходит потому, что Это происходит потому, что

жидкая плёнка, стремясь жидкая плёнка, стремясь

сократится, уменьшает площадьсократится, уменьшает площадь

своей поверхности. Если, вынувсвоей поверхности. Если, вынув

трубку изо рта, зажать открытыйтрубку изо рта, зажать открытый

конец трубки пальцем, то пузырь конец трубки пальцем, то пузырь

уменьшаться не будет, так как уменьшаться не будет, так как

этому помешает запертый этому помешает запертый

внутри пузыря воздух. Более внутри пузыря воздух. Более

наглядно это можно увидеть,наглядно это можно увидеть,

если направить трубку открытымесли направить трубку открытым

на пламя свечи. Пламя заметнона пламя свечи. Пламя заметно

уклонится в сторону. Так можно уклонится в сторону. Так можно

убедится, что сила тончайших убедится, что сила тончайших

мыльных плёнок не так уж мыльных плёнок не так уж

ничтожна.ничтожна.

Опыты с каркасами.Опыты с каркасами. Рамку, изготовленную из проволоки, погрузили в мыльный раствор и вынули. Она Рамку, изготовленную из проволоки, погрузили в мыльный раствор и вынули. Она

оказалась затянутой плёнкой. Бросили на неё нитяную петельку. Форма петли станет оказалась затянутой плёнкой. Бросили на неё нитяную петельку. Форма петли станет

неправильная .Если же спичкой проткнуть плёнку внутри петельки, то внешняя частьнеправильная .Если же спичкой проткнуть плёнку внутри петельки, то внешняя часть

плёнки, стремясь сократиться, растянет нитку в окружность Так как окружностьплёнки, стремясь сократиться, растянет нитку в окружность Так как окружность

охватывает самую большую площадь при данном периметре, то уцелевшая часть охватывает самую большую площадь при данном периметре, то уцелевшая часть

плёнки будет иметь наименьшую площадь, чем при любой другой форме петли.плёнки будет иметь наименьшую площадь, чем при любой другой форме петли.

Похожий результат получится, если к проволочному кольцу по диаметру привязатьПохожий результат получится, если к проволочному кольцу по диаметру привязать

кусочек нити и опустить его в мыльный раствор. Когда на каркасе, затянутым плёнкой,кусочек нити и опустить его в мыльный раствор. Когда на каркасе, затянутым плёнкой,

проткнёшь одну её часть, оставшаяся половинка плёнки сократится и натянет нить попроткнёшь одну её часть, оставшаяся половинка плёнки сократится и натянет нить по

дуге. Если снова опустить проволочное кольцо в мыльную воду и, вынув, проткнутьдуге. Если снова опустить проволочное кольцо в мыльную воду и, вынув, проткнуть

плёнку по другую сторону нити, то оставшееся часть плёнки также сократится и натянетплёнку по другую сторону нити, то оставшееся часть плёнки также сократится и натянет

нить в противоположную сторону .Я проделал опыты и с другими проволочныминить в противоположную сторону .Я проделал опыты и с другими проволочными

каркасами. Сделали на П-образной проволоке подвижную часть из более тонкой икаркасами. Сделали на П-образной проволоке подвижную часть из более тонкой и

лёгкой проволочки. Опустил каркас в мыльную воду и вынули, держа его за выступ. Онлёгкой проволочки. Опустил каркас в мыльную воду и вынули, держа его за выступ. Он

затянулся мыльной плёнкой. Когда мы отпустили нижний выступ, плёнка сократилась и затянулся мыльной плёнкой. Когда мы отпустили нижний выступ, плёнка сократилась и

подтянула подвижную проволочку вверх. подтянула подвижную проволочку вверх.

Цилиндр из мыльной пленки получается между двумя проволочными кольцами. ДляЦилиндр из мыльной пленки получается между двумя проволочными кольцами. Для

этого на нижнее кольцо мы опустили обыкновенный шарообразный пузырь, затем сверху к этого на нижнее кольцо мы опустили обыкновенный шарообразный пузырь, затем сверху к

пузырю приложили смоченное второе кольцо и, поднимая его вверх, растянули пузырь. И пузырю приложили смоченное второе кольцо и, поднимая его вверх, растянули пузырь. И

чем больше мы разводили кольца, тем более вогнутыми становились стенки цилиндра .Такчем больше мы разводили кольца, тем более вогнутыми становились стенки цилиндра .Так

же мы опускали в мыльную воду и остальные каркасы и наблюдали интересные формы и же мы опускали в мыльную воду и остальные каркасы и наблюдали интересные формы и

фигуры образовавшихся плёнок . Эти опыты наглядно показывают, что поверхностный фигуры образовавшихся плёнок . Эти опыты наглядно показывают, что поверхностный

слой жидкости стремится сократиться, т. е. Уменьшить площадь своей поверхности.слой жидкости стремится сократиться, т. е. Уменьшить площадь своей поверхности.

Практическое применение.Практическое применение.

Кроме иллюстрации законов физики мы думаем, можно применить изученные свойстваКроме иллюстрации законов физики мы думаем, можно применить изученные свойства

мыльных плёнок и в архитектуре. Для разработки и внедрения в практику строительства мыльных плёнок и в архитектуре. Для разработки и внедрения в практику строительства

лёгких конструкций, одним из методов моделирования таких конструкций может быть с лёгких конструкций, одним из методов моделирования таких конструкций может быть с

мыльными плёнками. Именно мыльные плёнки очень часто образуют поверхности самой мыльными плёнками. Именно мыльные плёнки очень часто образуют поверхности самой

причудливой формы и при этом с наименьшей площадью. Поэтому моделирование напричудливой формы и при этом с наименьшей площадью. Поэтому моделирование на

мыльных плёнках можно использовать на первой стадии проектирования конструкций мыльных плёнках можно использовать на первой стадии проектирования конструкций

сложных форм. Такие композиции отличают оригинальность формы, лёгкость, сложных форм. Такие композиции отличают оригинальность формы, лёгкость,

вызывающая у зрителя ощущение невесомости.вызывающая у зрителя ощущение невесомости.

Заключение. Заключение.

В ходе своего исследования мы узнали много новых свойств мыльных пленок( В ходе своего исследования мы узнали много новых свойств мыльных пленок(

пузырей), пришли к выводу, что выдувание пузырей порой не пустая забава, а хороший пузырей), пришли к выводу, что выдувание пузырей порой не пустая забава, а хороший

способ изучения физических законов и явлений:способ изучения физических законов и явлений:

- мыльная пленка на каркасе стремится занять наименьшую площадь.- мыльная пленка на каркасе стремится занять наименьшую площадь.

-Законы действия сил между частицами;-Законы действия сил между частицами;

-Интерференция света;-Интерференция света;

-Закон преломления света;-Закон преломления света;

-Атмосферное давление;-Атмосферное давление;

-Закон Паскаля;-Закон Паскаля;

-Движение молекул и температура.-Движение молекул и температура.  

-Кроме этого мыльные плёнки -Кроме этого мыльные плёнки –– хороший способ моделирования архитектурных хороший способ моделирования архитектурных

конструкций, а также они применяются психологами для обучения больных детей.конструкций, а также они применяются психологами для обучения больных детей.

Литература.

Список литературы, которую мы использовали в своей

исследовательской работе:

1.)Элементарный учебник физики, под ред. Г.С. Ландсберга – М.: Т1-1970 г.Т2-1971

2.)Учебное пособие для школ и классов с углубленным изучением физики. Под ред. А.А. Пинского. М. «Просвещение» -1993

3).Физика 10 класс . Н.М. Шахмаев, С.Н. Шахмаев, Д.Ш. Шодиев. М. «Просвещение» - 1992