Исследование физических свойств мыльного пузыря - Физика и химия мыльного пузыря
Мыльный пузырь -- это тонкая пленка мыльной воды, которая формирует шар с переливчатой поверхностью.
Пленка пузыря состоит из тонкого слоя воды, заключенного между двумя слоями молекул, чаще всего мыла.
"Пленка мыльного пузыря представляет собой одну из самых тонких материй, которые можно увидеть невооруженным глазом. "Тонкий, как волос", "тонкий, как папиросная бумага" - это огромный размер толщины рядом с толщиной стенки мыльного пузыря, которая в 5000 раз тоньше волоса и папиросной бумаги".[3]
Поверхностное натяжение и форма мыльного пузыря
В чем же секрет мыльных пузырей? " В мыльном пузыре обнаруживается то самое явление, которое создает "кожу" у воды. Только состав раствора для пузырей подбирается так, чтобы пленка была более прочной и упругой. Эта пленка на поверхности жидкости всегда натянута. Поэтому и явление называют поверхностным натяжением.
Можно провести легкий эксперимент, чтобы лишний раз убедиться в упругости поверхностной пленки. Проволочное кольцо надо окунуть в мыльный раствор, мы увидим, что на нем образуется мыльная пленка. Сворачиваем из кусочка нитки петельку, смачиваем ее мыльным раствором и аккуратно кладем ее на пленку. Петелька ляжет, как легла, неровно, и неаккуратно. А если прикоснуться каким либо предметом к мыльной пленке внутри петельки, она растянется. Внутри петли мыльная пленка лопнет, а та, что осталась снаружи, растянет нитку в красивое кольцо. Это кольцо будет растягиваться натяжением мыльной пленки, оставшейся между краем петли и мыльным кольцом".[5]
Происходит так, потому что в состав оболочки пузыря, кроме воды, входит мыло и глицерин. Мыло уменьшает поверхностное натяжение воды, а глицерин - уплотняет ее. Это позволяет получить очень тонкую стенку мыльного пузыря. Она легко растягивается, но не рвется. Она довольно прочная, учитывая ее толщину. Стенка мыльного пузыря входит в число тех немногих микроскопических объектов, которые можно увидеть невооруженным глазом.
Почему же пузырь круглый?
Ответ можно найти, изучив закон поверхностного натяжения. Он заключается в том, что силы поверхностного натяжения стремятся придать мыльному пузырю максимально компактную форму.
Поверхностным натяжением называют способность жидкости сокращать свою поверхность до минимально возможной плотности.
"Самая компактная форма в природе -- это сфера. При сферообразной форме воздух внутри пузыря равномерно давит на все участки его внутренней стенки (до тех пор, пока пузырь не лопнет). Пленка мыльного пузыря всегда стремится минимизировать свою площадь поверхности. Это связано с тем, что свободная энергия жидкой пленки пропорциональна площади ее поверхности и стремится к достижению минимума"[3].
В сильный дождь можно увидеть водные пузыри на лужах, водные пузыри бывают, когда в кастрюле кипит вода или бульон.
Пузырь существует потому, что закон поверхностного натяжения делает поведение поверхности воды похожим на поведение чего-нибудь пластичного. Но пузырь, сделанный только из воды, нестабилен и быстро лопается. Для того чтобы стабилизировать его состояние, в воде растворяют какие-нибудь поверхностно-активные вещества (ПАВы), например, мыло которое уменьшает поверхностное натяжение примерно до трети от поверхностного натяжения чистой воды.
"Повемрхностно-актимвные веществам (ПАВ) -- химические соединения, которые, концентрируясь на поверхности раздела термодинамических фаз, вызывают снижение поверхностного натяжения.
Основной количественной характеристикой ПАВ является поверхностная активность -- способность вещества снижать поверхностное натяжение на границе раздела фаз -- это производная поверхностного натяжения по концентрации ПАВ при стремлении С к нулю". [3]
Когда мыльная пленка растягивается, концентрация молекул мыла на поверхности пузыря уменьшается, увеличивая при этом поверхностное натяжение. Таким образом, мыло усиливает слабые участки пузыря, сдерживая и не давая им растягиваться дальше. К тому же, мыло предохраняет воду от испарения, тем самым делая время жизни пузыря еще больше.
Силы натяжения формируют сферу потому, что сфера имеет наименьшую площадь поверхности при данном объеме. Сферическая форма пузыря может быть сильно искажена потоками воздуха, самим процессом надувания пузыря или формой рамки, через которую пузырь формируется (создание цилиндра между двух рамок). Однако, если оставить пузырь плавать в спокойном воздухе, его форма очень скоро вновь станет почти сферической.
"Изучение свойств и условий существования мыльного пузыря получило свое продолжение в решении проблемы минимальной поверхности, сложной математической задачи. Эта задача была названа теорией двойного пузыря. С 1884 года было известно, что мыльный пузырь имеет минимальную площадь поверхности при заданном объеме, но только в 2000 году было доказано, что два объединенных пузыря также имеют минимальную площадь поверхности при заданном объединенном объеме. Решение этой задачи и было названо теоремой двойного пузыря.
В случае соединения двух пузырей, они принимают форму с наименьшей возможной площадью поверхности. Их общая стенка будет выпячиваться внутрь большого пузыря, так как меньший пузырь имеет большее внутреннее давление. В случае, если пузыри будут одинакового размера, то их общая стенка станет плоской".[4]
Правила, которым подчиняются пузыри при соединении, были экспериментально установлены в XIX веке бельгийским физиком Жозефом Плато и доказаны математически в 1976 г. Жаном Тейлором.
"Если пузырей больше чем три, они будут располагаться так, что возле одного края могут соединяться только три стенки, при этом углы между ними будут равны 120°, в силу равенства поверхностного натяжения для каждой соприкасающейся поверхности. Линии соединения поверхностей пересекаются в одной точке по четыре штуки, причем угол между любыми двумя равен ?109,47°.
Пузыри, не подчиняющиеся этим правилам, в принципе могут образовываться, однако будут сильно неустойчивыми и быстро примут правильную форму либо разрушатся. Пчелы, которые стремятся уменьшить расход воска, соединяют соты в ульях также под углом 120°, формируя, тем самым, правильные шестиугольники".[4]
Похожие статьи
-
История изучения и применения свойств мыльного пузыря Изучая информацию в интернете, я понял, что современные исследования учеников по тайнам мыльного...
-
Введение - Физика и химия мыльного пузыря
Думаю, что не ошибусь, если скажу, что в детстве все пускали мыльные пузыри. Даже когда моешь руки, трудно удержаться и не растянуть переливающуюся...
-
Физические свойства молока - Химия и физика молока
1). Плотность, вязкость, поверхностное натяжение. 2). Осмотическое давление и температура замерзания. 3). Удельная электропроводность. Плотность молока...
-
Физико-химические свойства казеина - Химия и физика молока
Около 95% казеина находится в молоке в виде сравнительно крупных коллоидных частиц -- мицелл -- которые имеют рыхлую структуру, они сильно гидратированы....
-
Органолептические свойства молока - Химия и физика молока
1). Изучение вкусовых и ароматических веществ. 2). Нормальный вкус и запах молока и молочных продуктов. 3). Основы сенсорной оценки молока. Вкусовые и...
-
Химические свойства молока - Химия и физика молока
1). Влияние химического состава молока на его свойства. 2). Кислотность молока. 3). Буферная емкость молока. 3). Окислительно-восстановительный...
-
Физические и химические свойства - Магний и его сплавы. Резиновые материалы. Быстрорежущая сталь
Магний - серебристо-белый блестящий металл, сравнительно мягкий и пластичный, хороший проводник тепла и электричества. На воздухе он покрывается тонкой...
-
А) Углерод (С), кремний (Si), германий (Ge), олово (Sn), свинец (РЬ) - элементы 4 группы главной подгруппы ПСЭ. На внешнем электронном слое атомы этих...
-
Положение металлов в ПС. Физические свойства металлов. Методы получения металлов - Основы химии
Металлы располагаются в основном в левой и нижней части ПС К физическим свойствам относятся плотность, плавление (температура плавления),...
-
Теплофизические и оптические свойства молока - Химия и физика молока
1).Удельная теплоемкость. 2).Коэффициент теплопроводности и температуропроводности. 3).Показатель преломления. Теплофизические свойства молока Для...
-
Кремний - элемент главной подгруппы четвертой группы третьего периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 14....
-
Факторы, влияющие на состав и свойства молока - Химия и физика молока
1. Порода коров 2. Стадия лактации 3. Здоровье коров 4. Режим кормления 5. Другие факторы. Выход и качество молочных продуктов, определяемые составом...
-
Фенолфталеин - один из наиболее широко используемых в химии кислотно-основных индикаторов. Он относится к триарилметановым красителям, называемых...
-
Диэлектрическая проницаемость (ДП) раствора е относится к важнейшим факторам из числа оказывающих наиболее сильное влияние на характеристики протекающего...
-
Физические методы исследования нефти - Свойства и состав нефти
Всякое индивидуально химически чистое вещество характеризуется совокупностью физических свойств, называемых его константами. Такими константами являются...
-
Физико-химические свойства воды - Химия воды
Вода обладает необычными свойствами. Наибольшая ее плотность наблюдается при температуре 4°С. При охлаждении пресных водоемов зимой по мере понижения...
-
Особые механические свойства эластичность - способность к высоким обратимым деформациям при относительно небольшой нагрузке (каучуки); малая хрупкость...
-
Физические свойства - Свойства аминокислот
Аминокислоты -- бесцветные кристаллические вещества, хорошо растворимые в воде. Многие из них обладают сладким вкусом. Химические свойства: Все...
-
Физика низких температур, Низкие температуры - Свойства веществ при низких температурах
Низкие температуры Низкие температуры, криогенные температуры, обычно температуры, лежащие ниже точки кипения жидкого воздуха (около 80 К). Такие...
-
Свойства золота, Физические свойства - Золото: свойства и получение
Физические свойства Цвет золота ярко-желтый, если в нем отсутствуют примеси. Но чистое золото (и то не совсем) бывает почти исключительно в банковских...
-
Фаза эмульсии - Химия и физика молока
1). Состав и структура оболочки шариков жира. 2). Факторы устойчивости жировой эмульсии молока. Молоко представляет собой эмульсию жировых шариков в...
-
1) рассеяние света 2) флотация-всплывание каллоидных частиц на поверхность 3) сидиментация - выпадение в осадок коллоидных частиц 4)коагуляция-уменьшение...
-
Основы химической термодинамики. Первое начало термодинамики Термодинамические системы и термодинамические параметры. Функции состояния. Парциальные...
-
Компьютерное моделирование по сравнению с натурным экспериментом дает возможность: § получать наглядные динамические иллюстрации физических экспериментов...
-
Таблица 1 Физические свойства веществ используемых при синтезе [20] Название Формула Внешний вид ТПл, 0С ТКип, 0С Ратсворимость В воде В другом...
-
Алюминий - основной представитель металлов главной подгруппы III группы Периодической системы. Свойства его аналогов - галлия, индия и таллия -...
-
Физика низких температур - Свойства веществ при низких температурах
Применение Низкие температуры сыграло решающую роль в изучении конденсированного состояния. Особенно много новых и принципиальных фактов и...
-
Газов в гомологическом ряду нет. Это жидкости. Начиная с С12Н25ОН до С20Н41ОН - маслообразные и с С21Н43ОН -- твердые вещества. Ткип СН3ОН=65 °С, Ткип...
-
С кислородом большинство металлов образует оксиды - амфотерные и основные: 4Li + O2 = 2Li2O, 4Al + 3O2 = 2Al2O3. Щелочные металлы, за исключением лития,...
-
Физико-химические показатели при хранении молока и механической обработке - Химия и физика молока
1). Изменение составных частей при хранении и транспортировании молока. 2). Изменение составных частей при механической обработке. 3). Изменение...
-
Здесь следует подчеркнуть, что вторичной переработке могут быть подвергнуты только ТПО из термопластичных синтетических материалов, т. е. материалов,...
-
ВВЕДЕНИЕ Химия и физика как наука начала свой отсчет в прошлом веке, в тот период она начинала с изучения химического состава молока. В нашей стране этим...
-
Пероксид водорода представляет собой бесцветную вязкую жидкость с плотностью 1,46 г/см3, замерзающую при t = -0.48c и кипящую при t = 152c. В лаборатории...
-
Оценка содержания висмута в организме проводится по результатам исследований биосубстратов - мочи, крови и биоптатов. При хронической интоксикации...
-
Физические свойства, Общая химическая характеристика кадмия - История открытия и свойства кадмия
Кадмий _ Серебристо-белый , отливающий синевой Металл , тускнеющий на воздухе из-за образования защитной пленки оксида. Температура плавления - 321C,...
-
Физические свойства Магния. - Химический элемент Магний
Физические свойства магния. Магний - серебристо-белый блестящий металл, сравнительно мягкий и пластичный, хороший проводник тепла и электричества. Почти...
-
Физические свойства - Физические свойства тантала
Тантал обладает высокой температурой плавления -- 3290 K (3017 °C); кипит при 5731 K (5458 °C). Плотность тантала -- 16,65 г/смі[2]. Несмотря на...
-
Введение, Общая характеристика химического элемента, Физические свойства - Биогенные элементы. Сера
Семра -- элемент шестой группы третьего периода главной подгруппы периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 16....
-
Методы получения и химические свойства спиртов - Типы связей в органической химии
Спирты - это производные углеводородов, в которых один или несколько атомов водорода замещены на соответствующее число гидроксильных групп (-ОН). Общая...
-
Изменение жиров при хранении - Химия и физика молока
Современные представления о механизме окисления жиров. При неблагоприятных условиях хранения в жирах протекают различные процессы, отрицательно влияющие...
Исследование физических свойств мыльного пузыря - Физика и химия мыльного пузыря