Мыльные пузыри по-научному

Исследовательская работа по физике «Мыльные пузыри по-научному» Авторы: ученицы 8 «А» класса МОУ лицея №41 Панова Татьяна, Коробкина Анастасия. Руководитель: учитель физики МОУ лицея №41 Леонтьева Н.В.

Выдуйте мыльный пузырь и смотрите на него. Вы можете заниматься всю жизнь его изучением, не переставая извлекать из него уроки физики. Лорд Кельвин

Цель работы: исследовать некоторые физические свойства (характеристики) моющего средства «FAIRY» Задачи: Экспериментально определить коэффициент поверхностного натяжения жидкостей (вода; раствор моющего средства разной концентрации; «Мыльные пузыри» фабричного производства). Вычислить плотность раствора моющего средства. Исследовать электрические и оптические свойства среды.

Опыт 1. «Вычисление коэффициента поверхностного натяжения жидкости». Цель: рассчитать коэффициент поверхностного натяжения жидкости; выяснить, как изменяется коэффициент поверхностного натяжения при увеличении концентрации моющего средства. Приборы и материалы: вода, моющее средство «Fairy», весы чашечные , набор разновесов, песок, нитки, пластилин, небольшой кусок проволоки, стеклянный сосуд, лабораторные стаканы.

Способ измерения поверхностного натяжения жидкости. 1. Закрепить весы в лапке штатива и уравновесить их с помощью кусочка пластилина. 2. Взять проволоку и согнуть ее в двух местах, одинаково удаленных от концов. 3. К центру проволочки прикрепить ниточку и повесить на левую чашу весов. 4. Раствор моющей жидкости (разного процентного соотношения) поместить под чашей весов с проволочкой так, чтобы проволочка полностью погрузилась в раствор. 5. Постепенно подсыпать песочек в противоположную чашу весов. 6. Как только мыльная пленка, тянущаяся за проволочкой лопнет, перестать сыпать песок и взвесить его.

Расчёты: Масса чистой воды-200 г: масса песка и листочка - 2,4 г; масса листочка - 0,24 г; масса песка - 2,16 г; вес песка – 21,168 · 10 ˉ³ Н (P=mg), ширина плёнки-0,08 м F= P – Pп = 21,1 68 · 10 ˉ³ - 10 · 10 ˉ³ = 11, 168 · 10 ˉ³ (Н) Pп – вес проволочки «П» образной формы. σ – коэффициент поверхностного натяжения. σ = F/2l = 69,8·10ˉ³ Н/м Результаты :

Вывод: 1. Вычислили поверхностное натяжение чистой воды и растворов моющей жидкости разной концентрации. 2. Составили таблицу значений с учётом погрешности измерений и представили их в виде диаграммы. 3. В справочнике по физике А.С. Еноховича узнали истинное значение σ воды -72,75 мН/м и сравнили с результатом, полученным экспериментально. 4. Сравнили собственные результаты исследования с табличными значениями, полученными московским школьником Д. Завьяловым («Наука и жизнь» № 1, 2002 г.) .

Опыт 2. «Определение плотности моющего средства «FAIRY» ». Цель: вычислить и сравнить плотность моющего средства с плотностью воды. Приборы и материалы: измерительный цилиндр, рычажные весы, набор разновесов, лабораторный стакан, моющее средство «FAIRY».

Расчёты и вычисление погрешности измерений: ρ = 1060 кг/м³. Ц. д. (измерительного цилиндра)=1( см³/ дел.). Погрешность измерения объёма : ∆V= 0,5 см³, εv =∆ V /V= 0,00633, Δ m = Δвесов+ Δгирь+ Δподб. гирь =270 мг+ 76 мг+10 мг=356 мг. Δm=356 мг. По результатам взвешивания мы можем утверждать, что истинное значение массы воды в лабораторном стакане находится в интервале 0,0 83740 ± 0,000356 кг, εm=∆ m /m=0,00425 . Для расчёта погрешности мы воспользовались формулой: ερ= εm + εv = 0,00425+0,00633 = 0,011 (1%), тогда Δρ=ρ· ερ =1060·0,011 =11,66 кг/м³. Вывод: Мы вычислили плотность исследуемой жидкости. Значение измеряемой величины:ρ=1060,00 ± 11,66 кг/м³

Опыт 3. «Вычисление поверхностного натяжения воды и 60%раствора ». Цель: проверить достоверность результатов полученных в опыте 1. Установить зависимость коэффициента поверхностного натяжения раствора от концентрации моющего средства. Приборы и материалы: капиллярные трубки, стеклянные лабораторные стаканы, штангенциркуль, 60% раствор моющего средства, вода. Расчёты: σ=ρdhg/2; σ(раствора)= 19,48 мН/м, σ(воды)= 30,63 мН/м. Вывод: поверхностное натяжение воды больше, чем раствора моющего средства.

Наблюдения. «Преломление света». Цель: убедиться в существовании явления преломления света, рассчитать абсолютный показатель преломления 60% раствора моющего средства. Приборы и материалы: приборы из набора по оптике, исследуемые жидкости: вода и раствор моющего средства. Расчёты: α = 40º; β = 28º, sinα/sinβ = n2/ n1, тогда n2 = 1,37 Вывод: В эксперименте нам не удалось получить узкий луч, поэтому погрешность измерений велика. Истинность, вычисленного значения относительного показателя преломления раствора, подтвердить не удалось, т.к. отсутствует информация по данному вопросу.

Наблюдения: «Электрические свойства мыльного раствора и воды». Цель: убедиться в том, что вода является диэлектриком. Сравнить электрические свойства жидкостей. Приборы и материалы: набор лабораторного оборудования по электричеству, вода, 60% раствор «FAIRY».

Наблюдения: «Электрические свойства мыльного раствора и воды». Вывод: В результате эксперимента мы убедились в плохой проводимости воды (лампа не загоралась), при помещении электродов в сосуд с раствором «FAIRY» наблюдалось свечение лампы, следовательно, можно утверждать, что данная жидкость проводник.  

Результаты исследования: 1.Мы вычислили коэффициент поверхностного натяжения жидкостей и сравнили со справочными данными, а так же с результатами исследования московского школьника Д. Завьялова. 2. Результаты измерений физических величин записали с учётом погрешности. 3. С помощью нового школьного лабораторного оборудования мы исследовали электрические свойства среды, наблюдали преломление луча при переходе из воздуха в раствор моющего средства. 4. Мы вычислили плотность моющего средства «FAIRY» (в справочной литературе плотностей моющих средств мы не обнаружили, сведения есть лишь о составляющих моющих средств). 5. Убедились, что качество мыльных пузырей зависит от веществ, входящих в раствор и от их концентрации.

Темы наших дальнейших исследований: - Качественно вычислить абсолютный показатель преломления среды. - Наблюдать явление полного отражения и вычислить угол полного внутреннего отражения. - Вычислить удельную теплоёмкость раствора. - Наблюдать кипение и измерить температуру кипения жидкости. - Наблюдать образование антипузырей.