Исследовательская работа "Ледяное чудо"

Название: "Ледяное чудо" 

Проблема: Выдувание мыльных пузырей – летняя забава. А в помещении после мыльных пузырей могут остаться мыльные разводы и следы. Можно ли использовать мыльные пузыри не только летом, но и зимой на улице? Будет ли это также весело и интересно?

Цель: выявить особенности поведения мыльного пузыря на морозе.

Задачи: собрать информацию о разных способах приготовлении мыльных растворов;

провести опыты с мыльными пузырями на морозе;

проанализировать практические результаты, сделать вывод.

Гипотеза: предположим, что, так как в составе мыльного пузыря есть вода, то его можно заморозить.

Методы:

1. Изучение теоретической информации о мыльных пузырях в различных источниках.

2. Наблюдение.

3. Эксперимент.

4. Фиксирование результатов.

Результаты: Проводя исследование, мы узнали много интересного и нового о мыльных пузырях. Изучили несколько способов изготовления мыльного пузыря.

Предположение о том, что пузырь можно заморозить, было верным. Гипотеза подтвердилась. Нам удалось выдуть и заморозить мыльные пузыри при разных минусовых температурах, понаблюдать за их поведением при разных погодных условиях. Цель достигнута.

Выводы: 1) Мыльные пузыри на морозе при температуре -12 градусов замерзают в виде шариков, на поверхности которых видны морозные узоры, из-за этого шарик становится менее прозрачным.

А при температуре -7 градусов мыльные пузыри замерзают не полностью, то есть не вся поверхность пузыря покрыта морозными узорами. Значит, температура воздуха влияет на качество замерзания мыльного пузыря. В таком виде все шарики существуют несколько секунд, затем лопаются и от них разлетаются очень тонкие белые плёночки с лохматыми краями.

2. При сравнении мыльных пузырей из магазинного раствора и мыльных пузырей из самостоятельно приготовленного раствора оказалось, что эти растворы не уступают друг другу и являются равноценными. Зимой продолжительность существования всех мыльных пузырей короче, чем летом.

3. Сфотографировать замерзающий, замёрзший и ледяной мыльный пузырь – это самый сложный пункт в наших опытах. Получается это далеко не сразу. Сделав множество фотографий, мы поняли, что красивой фотография получается в том случае, когда позади мыльного пузыря тёмный однотонный фон или небо. Становится виден узор, который образовывается на поверхности мыльного пузыря.

Введение

Актуальность: 2023 год объявлен Годом счастливого детства. А что делает нас счастливыми? Конечно же различные игры и увлечения. Мне очень нравиться мыльные пузыри. Этот удивительный, переливающийся шарик любят не только дети, но и взрослые. Его изучают ученые в институтах, пишут о нем книги, изображают в картинах. Мыльный пузырь, это не только забавная игра. Он помогает лучше понять окружающий мир и его законы.

Проблема: Выдувание мыльных пузырей – это летняя забава. Но сейчас зима. А в помещении после мыльных пузырей могут остаться мыльные разводы и следы. Можно ли использовать мыльные пузыри не только летом, но и зимой на улице? Будет ли это также весело и интересно?

Мы узнали, что мыльный пузырь состоит из воды и мыла (мыльного раствора). И тогда у нас возник вопрос. Так если в составе пузыря есть вода, а вода на морозе превращается в лёд, то, значит, мыльный пузырь может замёрзнуть? А что же с ним произойдёт потом?

Все эти вопросы мы постарались выяснить в нашей исследовательской работе.

Объект: мыльные пузыри.

Предмет: особенности поведения мыльного пузыря на морозе.

Гипотеза: Мы предположили, что, так как в составе мыльного пузыря есть вода, то его можно заморозить.

Цель: выявить особенности поведения мыльного пузыря на морозе.

Задачи:

• собрать информацию о разных способах приготовлении мыльных растворов;

• провести опыты с мыльными пузырями на морозе;

• проанализировать практические результаты, сделать вывод.

Теоретическая часть

Сначала мы узнали, что такое мыльный пузырь, почитали об истории возникновения мыльных пузырей и из чего их готовят.

Мыльный пузырь – это тоненькая плёночка, которая имеет много слоёв. А под плёнкой находится воздух. Плёнка мыльного пузыря – это слой воды, находящийся между двумя слоями мыла. Если выдуть мыльный пузырь большого размера, то можно увидеть, как вода внутри мыльных стенок медленно "плывет" вниз. Мыльный пузырь обычно существуют лишь несколько секунд и лопается при малейшем прикосновении к нему или самопроизвольно.

Из книг и сети Интернет мы узнали, что надували мыльные пузыри ещё в древности. На раскопках древнего города Помпеи археологи обнаружили необычные фрески с изображением юных помпейцев, выдувающих мыльные пузыри. (Приложение №1). 

В Китае найдены старинные папирусы, на них были изображены несколько людей, которые выдували мыльные пузыри из трубочек, сделанных из глины. (Приложение №2).

В 19 веке люди приспособились делать мыльные пузыри более просто. После стирки мыльную воду использовали для игр детей. В 1886 году британская компания по производству мыла впервые стала производить жидкость для мыльных пузырей.

Мыльные пузыри существуют недолго. Всего несколько секунд. Так все считали, пока один учёный из Великобритании не убедил всех в обратном. При проведении эксперимента удалось выяснить, что пузырь может прожить более 30 дней. Но только при этом его нужно поместить в специальный герметичный сосуд. И в нём пузырь будет защищён от внешних воздействий. (Приложение №3).

Из различных источников мы узнали, что для выдувания пузырей лучше подготовить мыльный раствор с мягкой водой (использовать лед из холодильника и превратить его в воду или прокипятить воду). Глицерин улучшает свойство мыльных пузырей – они становятся более эластичными, а стенки более прочными.

Практическая часть

Сначала мы решили посмотреть, есть ли отличия в выдувании мыльных пузырей из готового раствора и из раствора, приготовленного самостоятельно.

Опыт 1. Приготовление мыльных растворов. (Приложение 4).

1. Взяли моющее средство для посуды, воду, размешали. Попробовали выдуть мыльный пузырь. Всё получилось.

2. Взяли жидкое мыло, воду, размешали. Из трубочки выдули пузырь, что также удалось успешно.

3. Перемешали полученные ранее растворы, добавили глицерин. Получился самый большой мыльный пузырь.

Вывод: для мыльных пузырей можно использовать и самостоятельно приготовленный раствор. Применение глицерина в составе улучшает свойство мыльных пузырей. Визуально качество мыльного пузыря из готового магазинного раствора и самостоятельно приготовленной мыльной смеси не отличались.

Опыт 2. Как ведет себя мыльный пузырь при низких температурах. (Приложение 5).

Из литературных источников мы узнали, что мыльные пузыри при разных низких температурах ведут себя по-разному. Если его надуть при температуре минус 15, то при соприкосновении с его поверхностью он мгновенно замёрзнет. Воздух при этом будет потихоньку попадать вовнутрь. И в итоге от воздействия собственного веса пузырь разрушится.

Это мы смогли наблюдать самостоятельно при проведении опыта на улице при температуре -12 и -7.

Мы попробовали выдуть мыльные пузыри на разные поверхности, результат оказался разным. (Приложение 6. Таблица 1.)

В литературных источниках написано, что при температуре минус 25 мыльный пузырь замёрзнет в воздухе еще до того, как он окончательно сформировался. И когда он коснётся поверхности, то разобьётся как хрустальный. Если внутри пузыря воздух будет тёплым, то он замёрзнет в идеальной форме сферы. А по мере охлаждения воздуха, его стеночки будут разрушаться. При минусовой температуре нельзя надуть большой пузырь. По мере его надувания он будет быстро замерзать и лопаться. К сожалению, этот опыт нам не удался, т.к. не было подходящих погодных условий.

Замёрзший мыльный пузырь выглядит удивительно. Он похож на хрустальную сферу. И когда он касается поверхности, то разбивается как стеклянный ёлочный шарик. А при сильном ударе, он распадается на скрученные в трубочки формы. Для начала кристаллизации мыльного пузыря на морозе достаточно сверху бросить на него снежинку. Пузырь замёрзнет также, если его аккуратно положить на снег. Не полностью замерзший мыльный пузырь лопается, образуя порванные плёночки, похожие на целлофановый пакет.

Вывод: Результат выдувания мыльных пузырей зависит не только от состава мыльного раствора, но и от поверхности, на которую выпускают пузыри, а также погодных условий. Наилучший результат был достигнут в ясную морозную погоду. Замерзают пузыри не сразу, а примерно через минуту начинают белеть. Случалось, что мыльные пузыри лопались. При этом образуется эластичная тончайшая пленка, похожая на полиэтиленовый мешочек.

Опыт 3. Для следующего эксперимента мы взяли две баночки мыльного раствора, приготовленных ранее, но в одну их них накапали несколько капелек глицерина. Выдули два пузыря из обеих баночек. Наблюдая за процессами замерзания обоих пузырей, заметили, что – мыльный пузырь с глицерином замерзает медленнее, чем пузырь из раствора. При этом замерзший пузырь из раствора с глицерином сохраняется на морозе дольше, чем из обычного раствора.

Итак, нам удалось наблюдать несколько пузырей, которые замёрзли на снегу, на железном заборе и пластиковом поручне пандуса около школы. Примерно через 1 минуту мыльные пузыри начинали замёрзать и покрывались морозными узорами. Существовали такие пузыри несколько минут и лопались, разлетаясь белыми лохматыми плёночками. Некоторые экземпляры сразу лопались, не успев замерзнуть.

Почему так получается, исследовали учёные-физики (Винсент Шефер, Джон Борейко). Этот эффект сдувания пленки и её схлопывания ученые объясняют охлаждением и падением давления газа внутри пузыря (закон Шарля).

Заключение

Проводя исследование, мы узнали много интересного и нового о мыльных пузырях. Изучили несколько способов изготовления мыльного пузыря.

Предположение о том, что пузырь можно заморозить, было верным. Гипотеза подтвердилась. Наша цель достигнута.

Нам удалось выдуть и заморозить мыльные пузыри при разных минусовых температурах.

Выводы:

1. Мыльные пузыри на морозе при температуре -12 градусов замерзают в виде шариков, на поверхности которых видны морозные узоры, из-за этого шарик становится менее прозрачным.

А при температуре -7 градусов мыльные пузыри замерзают не полностью, то есть не вся поверхность пузыря покрыта морозными узорами. Значит, температура воздуха влияет на качество замерзания мыльного пузыря. В таком виде все шарики существуют несколько секунд, затем лопаются и от них разлетаются очень тонкие белые плёночки с лохматыми краями.

2. При сравнении мыльных пузырей из магазинного раствора и мыльных пузырей из самостоятельно приготовленного раствора оказалось, что эти растворы не уступают друг другу и являются равноценными. Зимой продолжительность существования всех мыльных пузырей короче, чем летом.

3. Сфотографировать замерзающий, замёрзший и ледяной мыльный пузырь – это самый сложный пункт в наших опытах. Получается это далеко не сразу. Сделав множество фотографий, мы поняли, что красивой фотография получается в том случае, когда позади мыльного пузыря тёмный однотонный фон или небо. Становится виден узор, который образовывается на поверхности мыльного пузыря.

Наши опыты удались! Мы с одноклассниками готовы пускать и разглядывать пузыри каждый день! Это не только весело, но и очень интересно.

Использованная литература

365 научных экспериментов. М, 2010

1. Физика мыльного пузыря [Электронный ресурс] Режим доступа https://multiurok.ru/files/fizika-mylnogo-puzyria.html (Дата обращения 20.01.2023)

2. Сизова Р.И., Селимова Р.Ф. Учусь создавать проект. Юным умникам и умницам. – Москва, 2011.