سه شنبه 3 اسفند 1395 - 24 جمادي الاول 1438 - 21 فوريه 2017
هدف این پروژه آشنایی با پدیده کشش سطحی در آب و آشنایی با حباب ها و شناخت نیروی جاذبه بین مولکولی می باشد...
عکس نویسنده
عکس نویسنده
نویسنده : سارا قیصری
بازدید :
زمان تقریبی مطالعه :

حباب

حباب

نوع پروژه: فیزیک

درجه سختی: ساده

هدف پروژه:

هدف این پروژه آشنایی با پدیده کشش سطحی در آب و آشنایی با حباب ها و شناخت نیروی جاذبه بین مولکولی می باشد.

خلاصه پروژه:

در این پروژه به بررسی پدیده کشش سطحی در آب پرداخته و این موضوع را با یک پدیده جذاب دیگر بنام حباب بررسی خواهیم نمود و در نهایت حباب های صابونی را به شما معرفی خواهیم نمود.

وسائل مورد نیاز: کف صابون- ژلاتین- مایع ظرف شویی

 

1. کشش سطحی چیست؟

اگر شما به شکل مولکول آب دقت کنید متوجه می شوید که از نظر ساختار مولکولی – الکترونی هر مولکول آب توسط همسایه کناری خود جذب می شود. هر مولکول آب دو اتم هیدروژن و یک اتم اکسیژن دارد که به صورت H2O نمایش داده می شود. چسبندگی مولکول های آب ناشی از نیرو با پیوندی است که بین دو اتم هیدروژن یک مولکول و اتم اکسیژن مولکول دیگر پدید می آید که ما به آن پیوند هیدروژنی می گوییم.

اگر این نیرو بین مولکول های آب وجود نداشت سبب می شد که این مولکول ها به سرعت از حالت مایع به گاز تبدیل شده و تبخیر شوند.

 

اتم هیدروژن در اثر مجاورت با اکسیژن مقداری از بار الکتریکی خود را از دست می دهد و مثبت می شود و اتم اکسیژن نیز در اثر همین مجاورت کمی منفی می شود و این بارهای غیر همنام به سمت یکدیگر جذب می شوند. و به این ترتیب پیوندهای هیدروژنی درون ظرف آب بین مولکول های آب رخ می دهد. وجود پیوندهای هیدروژنی بی شمار بین مولکول های آب سبب میشود که آب تبدیل به یک سیال فوق العاده چسبنده شود.

حباب

پس از کسب برخی اطلاعات در مورد ساختار مولکولی آب حالا به درون ظرف آب برویم و ببینیم در آن جا چه می گذرد. در داخل یک ظرف آب بسیاری از مولکول ها از سطح آب دور هستند. اما آن دسته از مولکول هایی که در درون آب و دور از سطح هستند در یک جنگ تمام عیار با مولکول های اطراف خود شرکت می کنند. آن ها از تمامی جهات جذب می شوند و بدین ترتیب کشیده می شوند. بالایی پائینی را می کشد، چپی راستی را می کشد و همین طور الی آخر. این امر سبب می شود که هیچ مولکولی احساس نکند که فشاری را دارد تحمل می کند و به یک حالت تعادل می رسد.

اما حالا به سطح مایع بیائیم و مولکول های این قسمت را بررسی کنیم. اینجا وضع متفاوت است.

 

در برابر نیرویی که در پائین مولکول را می کشد هیچ نیرویی کشنده از بالا وجود ندارد. به سمت درون مایع کشیده می شود. این امر سبب پدید آمدن پدیده خاصی در سطح ظروف حاوی آب می شود که به آن کشش سطحی می گوئیم. کشش سطحی نقش مهمی را در رفتار مایعات بازی می کند. اگر شما یک لیوان آب را با آب پر کنید می توانید حتی بیش از سطح لیوان آب در آن بریزید. این امر به کمک کشش سطحی رخ می دهد.

حتی شما می توانید کی گیره کاغذ را روی سطح آب شناور کنید.

 

آزمایش:

یک گیره کاغذی را کمی با روغن آغشته کنید. البته می توانید گیره را به پیشانی یا نوک بینی خودتان نیز بمالید. این کار سبب می شود که مولکول های آب به سطح فلزی گیره نچسبند و گیره غرق نشود. با یک چنگال به آرامی گیره را روی سطح آب قرار دهید. خواهید دید که گیره کاغذ کاملاً روی سطح آب می ماند و غرق نمی شود.

حباب

آب دزدک یک نوع حشره است که می تواند روی آب راه برود و طعمه خود را از روی سطح آب به آرامی شکار کند. پاهای این حشره از یکدیگر بسیار فاصله دارد. هنگامی که این حشره روی آب قرار می گیرد کشش سطحی آب به او کمک می کند روی آب بنشیند. آب زیر پاهای آب دزدک فشرده می شود. راستی آب دزدک چگونه می تواند روی آب حرکت کند؟

حباب

تا اینجا کمی از نظر تئوری و کمی هم از نظر عملی با مفهوم کشش سطحی در آب آشنا شدید. و اما ...

2. حباب

حباب یک پدیده طبیعی است که همیشه در اطراف ما بوده است و شاید مدت چندانی هم نباشد که از آن به صورت سرگرمی استفاده می شود. فلمیش نقاش قرن هفدهم در نقاشی های خود کودکانی را به تصویر کشیده بود که با لوله های سفالی حباب درست می کردند. در قرون 18 و 19 مادران باقیمانده صابون شستشوی خود را به فرزندان خود می دادند تا آن ها به بازی حباب بپردازند. در آغاز قرن بیستم دست فروشان لندن ابزاری را به فروش گذاشتند که حباب درست می کردند.

این صنعت در سال های بعد رشد زیادی داشت و شرکت های گوناگونی در زمینه ساخت اسباب بازی های حباب ساز وارد عمل شدند. در دهه 1960 حباب ها سمبل صلح و دوستی کودکان شدند و به عنوان یک ورزش و سرگرمی عامه پسند ترویج شدند. گسترش این سرگرمی در جهان سبب شد که شرکت های تولید کننده آن بتوانند بیش از 200 میلیون بطری حباب را در سال 1990 بفروش برسانند. امروزه در جهان حباب ها بهترین محصول برای فروش می باشند و سود زیادی را عاید سازندگان خود می کنند.

 

3. حباب صابونی چیست؟

حباب

حباب صابونی را به طور ساده این گونه تعریف می کنیم که تشکیل شده است از یک صفحه خیلی نازک آب که بین دو لایه از مولکول های صابون قرار گرفته است. راستی مولکول های صابون را از نظر علمی سورفاکتانت می گویند. سورفاکتانت ها را مولکول های آمفیفیلیک نیز می نامند.

مولکول های آمفیفیلیک به شکل بچه های قورباغه می مانند و دارای دو سر هستند. یک سر آن آب دوستند (هیدروفیلیک) و سر دیگر آن آب گریز (هیدورفوبیک) می باشد. سر این بچه قورباغه ها آب دوست ودم آن ها آب گریز می باشد. وقتی که این مولکول ها در آب قرار می گیرند تا حد امکان در سطح آب تجمع می کنند در حالیکه سر آن ها در آب و دم آنها خارج از آب می باشد. به همین دلیل مولکول های صابون راسورفاکتانت می نامند. این مولکول ها سبب پایداری حباب می شوند و اگر نباشند حباب خود به خود می ترکد و تبدیل به قطرات ریز آب می شود. در شکل 6 تصویری از سطح مقطع یک حباب ارائه شده است. گروه های آب دوست مولکول سورفاکتانت به صورت توپ های ریز قرمز رنگ و دم آن که آب گریز است به رنگ مشکی می باشد. در حقیقت مولکول ها ازآن چه طراحی شده اند خیلی ریزترند و شاید حدود 1000 بار کوچکتر از ضخامت حباب باشند. دیواره حباب عموماً در حد چند میکرومتر ضخامت دارد و مولکول های موجود در حباب در حد نانومتر می باشند.

 

حباب
 

همان طور که در شکل فوق نشان داده شده است دیواره داخلی حباب نیز دارای سورفاکت می باشد. به مجموعه از سورفاکت ها که در یک جا جمع شده اند میسل می گویند. اگر مجموعه های میسل زیادی روی حباب داشته باشیم به کمک آن می توانیم حباب های بزرگ درست کنیم چرا که با کشیده شدن حباب سطح آن زیاد می شود و میسل ها می توانند با آزاد کردن مولکول های سورفاکنت در سطح کمبود این مولکول ها را میدان کرده و به ایجاد حباب بزرگ پایدار کمک کنند.

حباب ها پوسته نازکی دارند. بیائید حباب را به یک بادکنک تشبیه کنیم. پوسته بادکنک لاستیکی بوده و شما می توانید با دمیدن درون آن، آن را باد کرده و هوا را درون آن به دام اندازید.

 

اگر دهانه بادکنک را رها کنید می بینید که هوای فشرده درون آن به سرعت خارج شده و بادکنک مثل یک مگس در اتاق به پرواز در می آید. این موضوع برای یک حباب هم تقریباً رخ می دهد. شما وقتی که یک فیلم از حباب را فوت می کنید آن حباب باد شده و هوای اطراف خود را کنار می زند و دارای حجم می شود. بر خلاف سطح بادکنک که تا باد نشده هیچ فشاری را تحمل نمی کند حباب ها همیشه در حال تحمل کشش هستند تا بتوانند سطح خود را کم کنند و از این طریق به حداقل انرژی برسند. این امر کمک می کند که حباب ها پایدار شوند. شما حتماً دیده اید که وقتی حبابی را باد می کنید به شکل کره در می آید و گرد می شود. چرا؟ علت این امر چیست؟ کشش در حباب سبب می شود که حباب جمع شود و شکلی را به خود بگیرد که کمترین سطح را دارد. آن کشش سبب می شود که حباب به شکل کره درآید چرا که کمترین سطح را در بین اشکال دیگر دارد.

 

حباب

اشکال حباب و سطح آن ها
 
خوب پس از آشنایی با مفاهیم کشش سطحی و حباب باید در آزمایش و تحقیق به این پدیده ها بیشتر دست یابیم . سعی نمایید از مواد مختلف برای ساخت حباب استفاده نمایید و حباب هایی با طول عمر بالا بسازید. همچنین با اتصال چند عدد حباب به هم، حباب هایی با شکل غیر کروی تولید نمایید.
 

تکلیف: نتایج کار خود را به همراه کلیه مشاهدات خود مکتوب نموده و برای ما ارسال نمایید.

منابع مطالعه: کتاب حباب های غول پیکر بسازید- نفیسه نعیمی پور- نشر دیبایه

بخش پژوهش های دانش آموزی تبیان

تنظیم: اعظم اژدری

مطالب مرتبط:

 ساخت حباب های غول پیکر

تلفن : 81200000
پست الکترونیک : public@tebyan.com
آدرس : بلوارکشاورز ، خیابان نادری ، نبش حجت دوست ، پلاک 12

ارتباط با ما

روابط عمومی

درباره ما

نقشه سایت

تعدادبازدیدکنندگان
افراد آنلاین