Физика мыльных пузырей

Проектно-исследовательская работа по физике на тему:
«Физика мыльных пузырей»

Область исследования: мыльные пузыри.
Актуальность данной  темы  заключается в том, что изготовление и изучение мыльных пузырей позволит продемонстрировать, множество физических законов, которые имеют важнейшее значение в науке и технике.
Цель работы: изучить свойства мыльных пузырей, полученных различными способами.
Объект исследования:  процесс получения мыльных пузырей.
Предмет исследования: мыльные  обычные и дымные пузыри.
Гипотеза исследования:  предполагаю, что дымные мыльные пузыри живут дольше, чем обычные мыльные.
Задачи:

• Выяснить  причину  образования мыльных пузырей.
• Изучить физические свойства пузырей
• Создать установку при помощи, которой можно получить дымные мыльные пузыри
• Сравнить свойства мыльных и дымных пузырей

Теоретическая основа:

            Летящие, прозрачные, переливающиеся всеми цветами радуги – это, конечно, всеми любимые мыльные пузыри. Мыльный пузырь, пожалуй, самое восхитительное и самое изысканное явление природы. Они недолговечны, но таинственны и прекрасны. Процесс выдувания мыльных пузырей завораживает как детей, так и взрослых. Самой большой радостью был новый флакон мыльных пузырей, ведь заводской раствор позволял выдувать до сотни шаров за один раз. После того, как «волшебная жидкость» заканчивалась, многие брались «химичить». Чего только в воду не подмешивали! И шампунь, и порошок, и чистящие средства. А итог был один – такого большого количества довольно прочных пузырей, как из «заводской» жидкости, сделать не получалось.

Но обычными мыльными пузырями уже никого не удивишь, поэтому нужно придумать что-то новое, и усовершенствованное. Суть моего эксперимента заключается в создании дымных пузырей при помощи специальной установки и обычных мыльных.

Мыльный пузырь — тонкая пленка мыльной воды, которая формирует шар с переливчатой поверхностью. [pic 1]

Пленка пузыря состоит из тонкого слоя воды, заключенного между двумя слоями молекул, чаще всего мыла. Эти слои состоят из достаточно сложных молекул - русалок - одна часть которых является гидрофильной (любит контактировать с водой), а другая гидрофобной (избегают подобного контакта, «боятся» воды).

Почему мыльный пузырь имеет форму сферы?

Пузырь существует потому, что поверхность    любой жидкости (в данном случае воды) имеет некоторое поверхностное натяжение. Наличие сил поверхностного натяжения делает поверхность жидкости похожей на упругую растянутую пленку, с той только разницей, что упругие силы в пленке зависят от площади ее поверхности (то есть от того, как пленка деформирована), а силы поверхностного натяжения не зависят от площади поверхности жидкости.

Молекулы мыла адсорбируются на поверхности воды, тем самым уменьшая поверхностное натяжение воды.

Из-за действия сил поверхностного натяжения внутри мыльных пузырей возникает избыточное давление - Δp

Так как пленка мыльного пузыря имеет две поверхности, то избыточное давление внутри него в два раза больше: [pic 2]

При понижении поверхностного натяжения и увеличении  давления  пузырь  принимает такую форму, чтобы площадь его поверхности была минимальна. Это форма- сфера.

[pic 3]

С точки зрения физики, пузырь сферический лишь в том случае, если сила тяжести не вынуждает перемещаться жидкость в объёме плёнки пузыря, и, следовательно, не приводит к тому, что плёнка внизу оказывается толще, чем вверху, и форма искажается.

Оптика мыльного пузыря

Удивительно - пленка из бесцветной жидкости, раствора мыла в воде, освещенная белым светом, расцвечивается всеми цветами радуги. Посмотрим, почему это происходит.

Окраска мыльных пузырей объясняется интерференцией волн отраженных от наружной и внутренней поверхности пленки.

 [pic 4]

Δd – разность хода лучей

Интерференцией световых волн -  сложение двух когерентных волн, вследствие которого наблюдается усиление или ослабление результирующих световых колебаний в различных точках пространства.