Kodėl muilo burbulai atrodo spalvoti?
Trumpas atsakymas: Burbulai atrodo spalvingi, nes šviesos bangos atsispindi nuo plonos muilo plėvelės ir susimaišo. Dėl maišymosi (interferencijos) kai kurios spalvos paryškėja, o kitos išnyksta, todėl matote vaivorykštės raštus.
Paprasčiau tariant
Muilo burbulas yra labai plonas vandens sluoksnis tarp dviejų muilo sluoksnių. Saulės arba lempos šviesa krinta į burbulą ir atsispindi nuo priekinio ir galinio tos plonos plėvelės paviršių. Dvi atsispindėjusios šviesos bangos susijungia.
Kartais bangos susilieja (sudaro ryškią spalvą). Kartais jos viena kitą panaikina (spalvos nėra). Kurios spalvos susijungia, ar panaikina, priklauso nuo plėvelės storio ir žiūrėjimo kampo.
Keičiant plėvelės storį, spalvos keičiasi ir juda. Štai kodėl burbuluose skirtingose vietose ir skirtingais kampais matomi judantys vaivorykštės raštai ir skirtingos spalvos.
Už to slypintis mokslas
Įvardyti dėsniai / principai: Burbulus spalvingina efektas vadinamas plonasluoksne interferencija.
Kai šviesa atsitrenkia į muilo plėvelę, dalis jos atsispindi nuo išorinio paviršiaus, o dalis praeina pro vidinį paviršių ir atsispindi nuo jo. Šios dvi atsispindėjusios šviesos bangos nukeliavo šiek tiek skirtingus atstumus, todėl viena banga gali būti šiek tiek priekyje arba už kitos. Jei bangų viršūnės sutampa, jos susijungia (konstruktyvioji interferencija) ir tas bangos ilgis atrodo ryškus.
Jei viršūnė sutampa su įduba, jos viena kitą panaikina (destruktyvioji interferencija) ir tas bangos ilgis yra blankus arba jo nėra. Kelio skirtumas priklauso nuo plėvelės storio ir šviesos bangos ilgio (spalvos). Kadangi muilo plėvelės yra tik nuo kelių šimtų nanometrų iki kelių mikrometrų storio, skirtingi bangos ilgiai interferuoja skirtingai, sukurdami spalvų juostas.
Žiūrėjimo kampas taip pat keičia efektyvų kelio ilgį, todėl spalvos keičiasi judant.
Kaip mes tai žinome: Mokslininkai ir studentai kontroliuojamuose eksperimentuose keičia plėvelės storį ir žiūrėjimo kampą ir matuoja, kurie bangos ilgiai yra ryškūs arba blankūs. Stebėti spalvų modeliai atitinka matematines plonasluoksnės interferencijos prognozes .
Pamatyk tai gyvenime
- Saulės šviesoje plūduriuojantis muilo burbulas
- Vaivorykštės spalvomis pažymėtas aliejaus dėmės ant vandens
- Stiklų antiatspindinčios dangos (skirtos tam tikriems atspindžiams sumažinti)
- Povo plunksnų ir drugelio sparnų dažai, kurių ploni sluoksniai sukuria ryškias spalvas
Išbandyk pats
Vaivorykštės burbulų sūkuriai
Sauga: Saugokite, kad muiluotas vanduo nepatektų į akis; patekus praplaukite vandeniu.
Priemonės
- indų ploviklis
- vanduo
- glicerinas (nebūtina)
- negilus dubuo
- plastikinis šiaudelis
Žingsniai
- Sumaišykite 1 puodelį vandens, 2 šaukštus indų ploviklio ir 1 arbatinį šaukštelį glicerino (glicerinas sukuria ilgiau išliekančius burbulus).
- Supilkite mišinį į negilų dubenį, kad paviršius būtų lengvai matomas.
- Įmerkite šiaudelio galą į mišinį ir švelniai pūskite, kad paviršiuje susidarytų mažas burbulas.
- Laikykite dubenį saulės šviesoje arba po lempa ir lėtai jį pakreipkite. Stebėkite, kaip judant keičiasi spalvos.
- Pabandykite švelniai paliesti burbulą, kad jis vienoje vietoje suplonėtų, ir stebėkite, kaip keičiasi spalvos. Ką tai rodo: Keičiant plėvelės storį ir žiūrėjimo kampą, keičiasi, kurios šviesos bangos pridedamos arba panaikinamos, todėl spalvos juda ir keičiasi.
Žodynėlis
- Plonasluoksnė interferencija: kai šviesos bangos atsispindi nuo dviejų labai plono sluoksnio paviršių ir susimaišo, sukurdamos ryškias arba tamsias spalvas.
- Bangos ilgis: atstumas tarp šviesos bangos viršūnių; skirtingi bangos ilgiai atrodo kaip skirtingos spalvos.
- Konstruktyvioji interferencija: kai dvi šviesos bangos išsirikiuoja taip, kad jos susijungia ir sukuria ryškesnę šviesą.
- Destruktyvioji interferencija: kai dvi šviesos bangos išsirikiuoja taip, kad viena kitą panaikina ir šviesa tampa blankesnė arba visai nespindi.
DUK
Kodėl spalvos juda ant burbulo?
Muilo plėvelė keičia storį ir keičiate žiūrėjimo kampą, todėl dėl interferencijos atsiranda ir išnyksta skirtingos spalvos.
Kodėl kai kurie burbulai yra skaidrūs arba balti, o ne spalvingi?
Jei plėvelė per stora, per plona arba jei šviesa išsisklaido į daugelį krypčių, interferencijos spalvos gali būti nematomos, o burbulas gali atrodyti skaidrus arba baltas.
Ar visos spalvos matomos kiekviename burbule?
Ne visada; kurios spalvos matomos, priklauso nuo tikslaus plėvelės storio ir šviesos kampo, todėl kai kurių spalvų gali trūkti.