Изследване на свойствата на сапунените филми
Лесно ли се духат сапунени мехури? Много хора смятат, че не си струва да се занимавате с такъв празен бизнес. Известни физици гледаха на този въпрос съвсем различно: Келвин, Нютон, Бойс, Даяр. Големият английски учен лорд Келвин пише: „Надуйте сапунен мехур и го погледнете: можете да прекарате целия си живот, изучавайки го, без да преставате да учите от него уроците на физиката.“
Наистина, преливащата се игра на цветове на повърхността на най-тънките сапунени филми дава на физика възможност да измерва дължината на светлинните вълни, а изследването на напрежението на тези деликатни филми помага да се изследват законите на действие на силите между частиците и други закони и явления.
Филмът на сапунен мехур е едно от най-тънките неща, достъпни за невъоръжено око. Нерядко се казва: „Тънък като коса“. Но се оказва, че това е много груб израз в сравнение с дебелината на сапунения филм. За да може участъкът от стената на сапунения мехур да се вижда като тънка линия, косата при същото увеличение от 40 000 пъти ще има дебелина над 2 метра.
Заех се да проуча свойствата на сапунените мехури и филми, физическите явления, които се случват с тях, а също и да намеря практически приложения. Проучих литературата по темата. Той направи много експерименти: някои експерименти бяха просто забавни, докато други се превърнаха в илюстрация на някои физични закони.
ЕКСПЕРИМЕНТИ СЪС САПУНЕНИ МЕХУРИ И ФИЛМИ.
За да бъдат успешни тези експерименти, е необходим добър разтвор, за приготвянето му се взема сапун. Разрежда се в студена дестилирана вода (възможно е при дъжд или сняг), докато се получи доста чист разтвор. Добавя се глицерин (една трета от обема) и след това пяната и мехурчетата се отстраняват от повърхността на разтвора. Но получих по-добри мехури, ако вместо сапун добавих шампоан към водата и го разредих с глицерин.
Заизползват се сламки за издухване, както и пластмасови тръби. Можете също да използвате тънки стъклени тръби, ако поставите корков пръстен на края на тръбата. На сламени или пластмасови тръби е много добре да направите два разреза в единия край на тръбата и, като огънете краищата, да получите кръст.
След като потопих края на тръбата с кръст в сапунената вода и, като я извадих от водата, внимателно духам в нея от другия край. В долния край на тръбата ще се появи прозрачна топка - сапунен мехур. Експериментите трябва да се правят бавно и внимателно. Оказва се, че в този случай също са необходими умения и известен опит.
Сапунен мехур около играчката.
На стъклената повърхност излях сапунен разтвор със слой от 1-2 mm; поставете играчка в средата и покрийте с фуния. След това, повдигайки бавно фунията, духна в тясната й тръбичка - образува се сапунен мехур. Когато достигне достатъчен размер, наклонете яката, освобождавайки мехур отдолу. Така че играчката лежи под прозрачна капачка, направена от сапунен филм
Можете да увенчаете играчката със сапунен мехур, като не забравяте предварително да я смажете със сапунена вода. За да направите това, когато големият балон вече е издухан, трябва да го пробиете и да издухате малък вътре - върху играчка.
Няколко мехурчета един в друг.
От фунията, както в предишния случай, издуха голям сапунен мехур. След това сапунената сламка се прокара внимателно през стената на първия мехур до центъра. Той издуха втория балон, затворен в първия, в него - третия, четвъртия и т.н. Имам да, пет мехурчета един в друг.
Устойчив сапунен филм.
Той постави хоризонтално телеен пръстен със сапунен филм и изпрати тънка непрекъсната струя вода към центъра, която, преминавайки през филма, не го унищожава.
Стоманена топка, напоена със сапунен разтвор, прелитащафилм, също го оставя непокътнат.
Обичайните идеи за крехкостта на сапунените мехурчета не са напълно верни: при правилно боравене е възможно да се запази сапунен мехур за много дълго време. Английският физик Дюар държал сапунени мехури в специални бутилки, добре защитени от прах, изсушаване и разклащане на въздуха; при такива условия той успя да запази някои мехурчета за месец или повече. Има доказателства, че под стъклена капачка сапунен мехур може да издържи с години.
Сапунен мехур в студа.
Приготвих сапунен разтвор и излязох на студа. Издуха сапунен мехур в студа. Сапуненият филм беше покрит с ледени игли - ледени кристали. От тези игли израснаха ледени фигурки.
ПРЕЖИВЯВАЙТЕ ИЛЮСТРИРАНИ ЗАКОНИ НА ФИЗИКАТА.
Дъга върху сапунен мехур.
Внимателно разгледах сапунения мехур през лупа и забелязах отражението на светлината в сапунения филм и спектралните цветове. Ако спуснете края на тръбата в чиния със сапунена вода и духнете в тръбата, за да образувате сапунена пяна, можете да наблюдавате цветни пръстени в върховете на мехурчетата през лупа.
Подобна картина се получава при следния експеримент. На ръба на чашата постави голям балон, предварително навлажнен с глицерин. На разстояние от него постави свещ, а от другата страна хартиен параван. Цветните пръстени на Нютон са ясно видими на екрана, движещи се отгоре надолу.
За да направя тези наблюдения по-успешни, последвах съвета на Нютон. Той пише за своите наблюдения: „За да попреча на околния въздух да вибрира тези мехурчета, в резултат на което цветовете им се изместват и смесват, така че всяко точно наблюдение става невъзможно, аз, издухвайки мехурчето, веднага го покрих с чисто стъкло и благодарение на тази предпазна мярка цветовете се оказахаподредени много правилно, под формата на концентрични пръстени, обграждащи върха на мехура.
Леща от сапунен филм.
Взех телеен пръстен и спуснах върху него сапунен мехур. Резултатът беше двойно изпъкнала сапунена леща. Но през такава необикновена леща околните обекти се разглеждат без никакви промени: няма увеличение, няма намаляване, няма отслабване на видимостта.
Факт е, че сапунените лещи са по същество въздух, тъй като има въздух между най-тънките сферични сапунени филми. Светлинните лъчи, преминаващи през такава леща, практически не се пречупват.
Той издуха сапунен мехур, откъсна го от края на тръбата и веднага започна да се движи бързо назад - първо направо, после в отклонение, после надясно, после наляво. Балонът ме следваше през цялото време. Освен това, колкото по-малък е балонът, толкова по-послушен.
Това поведение на балона се дължи на факта, че когато се движа рязко между мен и балона, се създава зона с ниско въздушно налягане - това е мястото, където сапуненият мехур се втурва.
филм вътре в стъклото.
Можете да получите сапунен филм не върху повърхността на стъклото, а вътре в него. Знам три начина.
1. Напълнете частично чаша с вода. Вземете лента хартия и я навлажнете със сапунена вода, начертайте я по ръба на стъклото - тя ще се стегне с филм. За да влезе филмът вътре, е необходимо да наклоните чашата и част от водата ще излее през филма. Колко вода се излива на височина, толкова филмът ще падне.
2. Налейте малко вода в чаша и я загрейте до кипене със свещ. След като преместите нагревателя, затегнете отвора със сапунен филм. След известно време постепенно ще потъне в чашата.
Това се обяснява с факта, че водната пара при охлаждане се превръща в течност. Под филма се създава вакуум, където филмът има тенденция да отиде. До товапроцесът беше по-бърз, можете да охладите стъклото с течаща вода.
3. Затегнете ръба на стъклото с домакинско фолио. Прободете го с епруветка, напоена с разтвора. Изсмучете въздух през тръбата с устата си. Освободеното пространство под тръбата ще позволи на филма да се втурне надолу.
Постоянна форма на балон.
Издухах сапунен мехур в края на тясната тръба. Запуши дупката с пластелин. Фиксира тръбата хоризонтално. С помощта на медицинска спринцовка или друга тръбичка издувах или изпусках въздуха от пикочния мехур. В същото време формата му не се промени, потвърждавайки закона на Паскал.
Реакция на сапунени мехури на температура.
Когато изнесох надутия пикочен мехур от топла стая на студено, размерът му постепенно намаля. Ако, напротив, той го донесе от улицата в стаята, сапуненият мехур се увеличи, тъй като въздухът вътре в него се разширява при нагряване и се свива при охлаждане.
Желанието на филма да заема най-малката площ.
Ако след издухване на мехурчето тръбата се извади от устата, тя значително ще намалее по обем. Това е така, защото течният филм, стремейки се да се свие, намалява повърхността си. Ако, след като извадите тръбата от устата, защипете отворения край на тръбата с пръст, мехурът няма да намалее, тъй като това ще бъде предотвратено от въздуха, уловен вътре в мехурчето.
Това може да се види по-ясно, ако насочите отворения край на тръбата към пламъка на свещ. Пламъкът забележимо ще се отклони встрани. Така можете да сте сигурни, че здравината на най-тънките сапунени филми не е толкова пренебрежимо малка.
Рамкови експерименти.
Рамката, изработена от тел, се потапя в сапунен разтвор и се отстранява. Беше увита във филм. Той хвърли примка от конец върху нея. Формата на илика ще стане неправилна. Ако пробиете филма вътре в примката с кибрит, тогава външната част на филма, опитвайки се да се свие, ще опъне конеца вкръг . Тъй като кръгът покрива най-голямата площ за даден периметър, оцелялата част от филма ще има най-малката площ, отколкото при всяка друга форма на цикъл.
Подобен резултат ще се получи, ако парче конец се завърже към телеен пръстен по диаметъра и се спусне в сапунен разтвор. Когато пробиете една част от фолиото върху рамка, покрита с фолио, останалата половина от фолиото ще се свие и ще издърпа конеца в дъга. Ако отново спуснете теления пръстен в сапунена вода и след като го извадите, пробиете филма от другата страна на конеца, тогава останалата част от филма също ще се свие и ще издърпа конеца в обратна посока.
Експериментирал съм и с други телени рамки. Направих подвижна част върху U-образна тел от по-тънка и лека тел. Спуснах рамката в сапунената вода и я извадих, като я държах за перваза. Той влачи върху сапунен филм. Когато пуснах долния език, филмът се сви и издърпа подвижната жица нагоре.
Между два телени пръстена се произвежда цилиндър от сапунен филм. За да направя това, спуснах обикновен сферичен балон върху долния пръстен, след това прикрепих навлажнен втори пръстен към балона отгоре и, като го повдигнах, опънах балона. И колкото повече разпръсквах пръстените, толкова по-вдлъбнати ставаха стените на цилиндъра.
Останалите рамки също потопих в сапунена вода и наблюдавах интересни форми и фигури на образуваните филми.
Тези експерименти ясно показват, че повърхностният слой на течността има тенденция да се свива, тоест да намалява своята повърхност.
В допълнение към илюстрирането на законите на физиката, мисля, че е възможно да се приложат изучените свойства на сапуненото фолио в архитектурата.
За да се разработи и въведе в практиката конструкцията на леки конструкции, може да бъде един от методите за моделиране на такива конструкциисапунени филми.
Сапунените филми много често образуват повърхности с най-странна форма и в същото време с най-малка площ. Следователно моделирането върху сапунени филми може да се използва на първия етап от проектирането на структури със сложни форми. Такива композиции се отличават с оригиналността на формата, лекотата, което кара зрителя да почувства безтегловност.
В хода на изследването си стигнах до извода, че издуването на мехурчета понякога не е празно забавление, а добър начин за изучаване на физични закони и явления:
➢ Закони за действие на силите между частиците;
➢ Закон за пречупване на светлината;
➢ Движение на молекули и температура.
В допълнение, сапунените филми са добър начин за моделиране на архитектурни структури.