Интерференция и отражение - Физика и химия мыльного пузыря

Красота мыльных пузырей проявляется в переливах света на их поверхности. Когда надуваешь пузырь, видно движение цветных волн по его поверхности. Они создают неповторимую живую радужную окраску, которой трудно не любоваться. Откуда берется такая красота в простом "водном" пузыре?

Известно, что свет имеет волновую природу. Как волны в пруду, отраженные от берега, накладываются друг на друга и создают картинку из волн, так и свет - накладываясь друг на друга, его отраженные лучи дают в результате разный цвет. Но и это еще не все!

Переливчатые "радужные" цвета мыльных пузырей получаются за счет интерференции световых волн и определяются толщиной мыльной пленки.

"Интерференция -- изменение в характере звуковых, тепловых, световых и электрических явлений, объясняемое колебательным движением: в первом случае частиц звучащего тела, в остальных трех -- колебанием.

Интерференция света -- частный случай интерференции для видимой области электромагнитного спектра".[1] Это наложение друг на друга световых волн разной длины, т. е. разного цвета. При этом в местах, где эти волны усиливают друг друга, получается конкретный цвет.

"При прохождении света сквозь пленку пузыря, часть его отражается от внешней поверхности, в то время как другая часть проникает внутрь пленки и отражается от внутренней поверхности. Наблюдаемый в отражении цвет излучения определяется интерференцией этих двух отражений. Поскольку каждый проход света через пленку пузыря создает сдвиг по фазе пропорциональный толщине пленки и обратно пропорциональный длине волны, результат интерференции зависит от двух величин. Отражаясь, некоторые волны складываются в фазе, а другие в противофазе, и в результате белый свет, являясь сложным и состоящим из волн разной длины, сталкиваясь с пленкой, отражается с оттенком, зависящим от толщины пленки.

Пузырь меняет цвет или как нам кажется "переливается" из-за того, что пленка становится тоньше при испарении воды. Более толстая пленка убирает из белого света красный компонент, делая тем самым оттенок отраженного света сине-зеленым. Более тонкая пленка убирает желтый (оставляя синий свет), затем зеленый (оставляя пурпурный), и затем синий (оставляя золотисто-желтый). В результате, стенка пузыря становится тоньше, чем длина волны видимого света, все отражающиеся волны видимого света складываются в противофазе и мы перестаем видеть отражение совсем (на темном фоне эта часть пузыря выглядит "черным пятном"). Когда это происходит, толщина стенки мыльного пузыря становится меньше 25 нанометров, и значит пузырь скоро лопнет.

Эффект интерференции также зависит от угла, с которым луч света сталкивается с пленкой пузыря. Таким образом, даже если бы толщина стенки была везде одинаковой, мы бы все равно наблюдали различные цвета из-за движения пузыря. Но толщина пузыря постоянно меняется из-за гравитации, которая стягивает жидкость в нижнюю часть так, что обычно мы можем наблюдать полосы различного цвета, которые движутся сверху вниз".[10]

Все названные причины создают постоянно движущиеся цветные волны, которыми можно было бы долго любоваться, не будь они так скоротечны, ведь жизнь мыльного пузыря очень коротка.

Итак, наш пузырь кажется нам разноцветным и радужным из-за физического явления -- интерференции. Солнечные лучи преломляются и переливаются разными цветами радуги в зависимости от длины световых волн, угла преломления (шар постоянно движется) и толщины стенок пузыря. "Когда будете наблюдать за мыльными пузырями в следующий раз, вспомните, что видите не сам пузырь, а красивейшие световые эффекты в нем, ведь сам пузырь теоретически увидеть невозможно! Если только у вас нет микроскопа с увеличением в 40000 раз..."[9]

Похожие статьи




Интерференция и отражение - Физика и химия мыльного пузыря

Предыдущая | Следующая