Презентация физика мыльных пузырей

Марк Твен

из любых жидкостей, точнее растворов поверхностно активных веществ, имеющих достаточную полярность молекул, например,

из водных раствором мыла. «Чисто-водяной» пузырь, без раствора ПАВ, будет неустойчив, из-за испарения и малого поверхностного натяжения. Для стабилизизации плёнки необходимы поверхностно-активные вещества (ПАВ), первым из которых было изобретено мыло. 

пленка мыльной воды, которая формирует шар с переливчатой поверхностью.
Пленка пузырька

состоит из тонкого слоя воды, заключенного между двумя слоями молекул поверхностно активного вещества, чаще всего мыла.

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. Сферическая форма может быть существенно искажена потоками воздуха и, тем самым, самим процессом надувания пузыря.
 Однако если оставить пузырь плавать в спокойном воздухе, его форма очень скоро станет близкой к сферической.
Коэффициент поверхностного натяжения σ может быть определен как модуль силы поверхностного натяжения, действующей на единицу длины линии, ограничивающей поверхность

σ = Fн/2L

поверхностного натяжения, S — полная площадь поверхности жидкости.
Так как свободная

энергия изолированной системы стремится к минимуму, то жидкость (в отсутствие внешних полей) стремится принять форму, имеющую минимальную площадь поверхности.

Силы натяжения мыльного пузыря формируют сферу потому, что сфера имеет наименьшую площадь поверхности при данном объеме.

пузыря

в нем нет!
Лиловый, красный, синий,
Зеленый, желтый цвет.
Взлетает шар надутый,
Прозрачнее стекла.
Внутри

его как будто
Сверкают зеркала.
Огнями на просторе
Играет легкий шар,
То в нем синеет море,
То в нем горит пожар.
С. Я. Маршак «Мыльные пузыри»

о природе света. К Ньютону восходили представления о «корпускулярном»  свете

– потоке гипотетических частиц – корпускул.
К Гримальди, Гуку и Гюйгенсу восходили представления о волновой природе света.
В это время жил один из величайших физиков Томас Юнг, который своими исследованиями обосновал волновые представления о свете и, в частности, о природе явлений интерференции, о цветах тонких плёнок. Французский физик Доменик Араго писал о Томасе Юнге: «Ценнейшее открытие доктора Юнга, которому суждено навеки обессмертить его имя, было ему внушено предметом, казалось бы, весьма ничтожным: теми самыми яркими и лёгкими пузырями мыльной пены, которые, едва вырвавшись из трубочки, становятся игрушкой самых незаметных движений воздуха».

волн, вследствие которого наблюдается усиление или ослабление результирующих световых колебаний

в различных точках пространства.
Когерентные волны – волны, имеющие одинаковую частоту и постоянную во времени разность фаз.

этой точке, равна целому числу длин волн
Δd = k

λ , k =0,1,2,3,… - волны усилят друг друга,
Δd – разность хода лучей
Условие минимума: если разность хода двух волн, возбуждающих колебания в этой точке, равна нечётному числу полуволн
Δd =(2k+1) λ/2 , k =0,1,2,3,… -волны погасят друг друга.

– нет?
Сначала плёнка бесцветная, так как имеет приблизительно равную толщину.

Затем раствор постепенно стекает вниз. Из-за разной толщины нижней утолщённой и верхней утончённой плёнки появляется радужная окраска.

пузыря представляет собой одну из самых тонких вещей, какие доступны

невооружённому зрению. «Тонкий, как волос» - означают огромную толщину рядом с толщиной стенки мыльного пузыря, которая в 5000 раз тоньше волоса.

Чтобы разрез стенки мыльного пузыря усматривался в виде тонкой линии необходимо увеличение в 40 000 раз, при таком же увеличении волос будет иметь толщину свыше 2 м.

Вверху – игольное ушко, человеческий волос, бацилла и паутинная нить, увеличенные в 200 раз. Внизу – бациллы и толщина мыльной пленки, увеличенные в 40000 раз. 1 μ=0,0001 см.

пузырь в герметичном сосуде с двойными стенками на срок более

месяца. Забава оказалась полезной: позднее дьюар-сосуд, названный в честь изобретателя, - нашёл применение для хранения и перевозки жидкого азота.

в течение 340 дней. Ученики превзошли учителя – пузыри хранились

под колпаком помногу лет, и это, похоже, не рекорд. Для обеспечения длительного хранения необходимо соблюсти условия тонкого равновесия мыльной плёнки с окружающим и внутренним пространством, что оказалось далеко не простым делом. Поддержание формы мыльных пузырей требует основательных физических знаний и солидной экспериментальной подготовки.

переохлаждается и замерзает примерно при –7°C. Коэффициент поверхностного натяжения мыльного

раствора незначительно увеличивается при охлаждении до 0°C, а при дальнейшем охлаждении ниже 0°C уменьшается и становится равным нулю в момент замерзания. Сферическая пленка не будет сокращаться, несмотря на то, что воздух внутри пузыря сжимается. Теоретически диаметр пузыря должен уменьшаться в процессе охлаждения до 0°C, но на такую малую величину, что практически это изменение определить очень трудно.
Пленка оказывается не хрупкой, какой, казалось бы, должна быть тонкая корочка льда. Если дать возможность мыльному закристаллизовавшемуся пузырю упасть на пол, он не разобьется, не превратится в звенящие осколки, как стеклянный шарик, каким украшают елку. На нем появятся вмятины, отдельные обломки закрутятся в трубочки. Пленка оказывается не хрупкой, она обнаруживает пластичность. Пластичность пленки оказывается следствием малости ее толщины.
При выдувании пузырей на сильном морозе –20°C ,–25°C сразу же в разных точках поверхности возникают мелкие кристаллики, которые быстро разрастаются и, наконец, сливаются в единую картину, по красоте, не уступающей морозным рисункам на окне.

с помощью мыльной воды

Гидрофильная часть моющего вещества взаимодействует с водой,

проникает в воду и увлекает с собой частицу загрязняющего вещества, присоединенную к гидрофобному концу.

— аэростат (воздушный шар) — используется  для разведки погоды и

увлекательных воздушных путешествий. В оболочке мыльного пузыря находится горячий воздух, который (как известно) обладает меньшей плотностью, чем холодный и собственно, поэтому пузырь способен подниматься вверх. По такому же принципу взлетает в небо аэростат.

проводят флотацию: процесс обогащения горных руд. Пузырьки в растворе обволакивают

частички руды и поднимают её на поверхность, а пустая порода остаётся на дне.

нефть в различные материалы, необходимые человечеству, ее приходится перерабатывать. Для

эффективной переработки нефти российские ученые предлагают использовать мицеллы - по сути, мыльные пузыри. Эти и другие исследования ПАВ поддерживаются российскими и международными грантами. Ученые московского Института химической физики РАН одни из первых выяснили, что если в уже очищенную нефть добавить воды и поверхностно-активные вещества, то в нефти образуются стабильные "мыльные пузыри", наполненные водой. Оказалось, что в этих пузырьках, которые ученые назвали "мицеллами", могут происходить различные химические реакции. Ученые сконструировали такие "микрореакторы" для окислительной переработки углеводородного сырья. Так называемое жидкофазное окисление углеводородов позволяет превратить нефть в органические кислоты, эфиры, мономеры.

из пустяшной капли воды,

завораживает

пузыря всё время находится в натяжении и давит на заключённый

в ней воздух; направив воронку к пламени свечи, можно убедиться, что сила тончайших пленок не так уж ничтожна; пламя заметно уклонится в сторону.

раствора настолько, чтобы дно тарелки было покрыто слоем в 2-3

мм, в середину кладут предмет и накрывают воронкой. Затем, медленно поднимая воронку, дуют в её узкую трубочку, - образуется мыльный пузырь; когда же этот пузырь достигнет достаточных размеров, наклоняют воронку в сторону, высвобождая из-под неё пузырь.

Мыльный пузырь вокруг предмета.

выдувают большой мыльный пузырь. Затем совершенно погружают соломинку в мыльный

раствор так, чтобы только кончик её, который придётся взять в рот, остался сухим. Просовывают её осторожно через стенку первого пузыря до центра; медленно вытягивая затем соломинку обратно, не доводя её, однако, до края, выдувают второй пузырь, заключенный в первом, в нём – третий четвёртый

и смотрите на него: вы можете заниматься всю жизнь его

изучением, не переставая извлекать из него уроки физики».