Почему мыльные пузыри имеют радужную окраску? Видимая радужная окраска мыльной пленки все время меняется

Почему окраска мыльного пузыря все время меняется

Почему мы видим на поверхности мыльного пузыря постоянно изменяющиеся цветные разводы? Суть этого процесса состоит в физическом явлении, знакомом большинству ещё со школьных уроков физики.

Попадая на поверхность стенок пузыря под разными углами, солнечный свет подвергается интерференции – интенсивность света перераспределяется в ходе наложения двух когерентных (согласованных во времени) световых волн друг на друга.

Рассмотрим подробнее все следующие друг из друга световые законы, которые позволяют нам увидеть необычное изменение цветов.

При переходе из одной среды в другую, отличающуюся по плотности (в данном случае это стенка пузыря), свет преломляется. Волны светового потока, воспринимаемые глазом как свет, имеют различную длину, а следовательно – преломляются под разным углом, поэтому человеческий глаз видит пузырь разноцветным.

А уже благодаря интерференции происходит постоянное изменение этих цветов.

Интерференция волн, отражённых и преломляемых мыльным пузырём происходит следующим образом: вода в пузыре достаточно быстро испаряется, или же стекает вниз, испытывая воздействие силы тяжести.

Вследствие этого толщина стенки мыльного пузыря всё время меняется, что и вызывает наложение световых волн друг на друга и характерное изменение окраски различных его участков.

pocemu.ru

Почему мыльные пузыри имеют радужную окраску?

ИнтерференцияПереливчатые «радужные» цвета мыльных пузырей получаются за счёт интерференции световых волн и определяются толщиной мыльной плёнки.

Когда свет проходит сквозь тонкую плёнку пузыря, часть его отражается от внешней поверхности, в то время как другая часть проникает внутрь плёнки и отражается от внутренней поверхности. Наблюдаемый в отражении цвет излучения определяется интерференцией этих двух отражений. Поскольку каждый проход света через плёнку создает сдвиг по фазе пропорциональный толщине плёнки 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, сталкивающийся с плёнкой, отражается с оттенком, зависящим от толщины плёнки.

По мере того, как плёнка становится тоньше из-за испарения воды, можно наблюдать изменение цвета пузыря. Более толстая плёнка убирает из белого света красный компонент, делая тем самым оттенок отражённого света сине-зелёным. Более тонкая плёнка убирает жёлтый (оставляя синий свет) , затем зелёный (оставляя пурпурный) , и затем синий (оставляя золотисто-жёлтый) . В конце концов стенка пузыря становится тоньше, чем длина волны видимого света, все отражающиеся волны видимого света складываются в противофазе и мы перестаем видеть отражение совсем (на тёмном фоне эта часть пузыря выглядит «чёрным пятном») . Когда это происходит, толщина стенки мыльного пузыря меньше 25 нанометров, и пузырь, скорее всего, скоро лопнет.

Эффект интерференции также зависит от угла, с которым луч света сталкивается с плёнкой пузыря. Таким образом, даже если бы толщина стенки была везде одинаковой, мы бы всё 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.

otvet.mail.ru

почему мыльные пузыри имеют радужную окраску?

Интерференция света в тонких пленках. Возьми учебник "Физика 11 класс" автор Мякишев, там все написано.Или вот, что написано в ВикипедииПереливчатые «радужные» цвета мыльных пузырей получаются за счёт интерференции световых волн и определяются толщиной мыльной плёнки.

otvet.mail.ru

Все ответы о мыльных пузырях

Отвечая на вопрос, что такое мыльные пузыри, можно отметить их необычайную привлекательность и декоративность. По сути это пленка мыльной жидкости, которая при наполнении ее воздухом обретает сферическую форму с переливчатой поверхностью.

Попытаться понять, почему мыльные пузыри круглые и имеют фантастическую радужную окраску, могут не только пытливые и склонные к экспериментированию дети, но и любознательные взрослые, наблюдающие за процессом выдувания их из мыльного раствора.

Причины, влияющие на форму пузырей

Доминирующей причиной, обусловливающей тот фактор, что мыльный шар в конечном итоге обретает шарообразную форму, является возникновение сил поверхностного натяжения между микроскопическими частицами воды.

Они стремятся принять наиболее компактную существующую в природе сферическую форму, при которой внутреннее давление воздуха становится равнонаправленным на все точки внутренней плоскости. Даже, если первоначально пузырь в процессе выдувания напоминает овал, после отрыва он становится круглым.

Известно, что физик Бойз (Англия), проводивший разнообразные эксперименты с мыльными пузырями, находил интересные новые формы. Например, при растягивании мыльной пленки, заключенной между кольцами определенного диаметра получается цилиндр. В ходе эксперимента при дальнейшем увеличении габаритов возникает центральная перемычка, по которой цилиндр распадается на два шара.

Оттенки мыльных пузырей

Интерес вызывает и поиск ответа на вопрос, почему мыльные пузыри имеют радужную окраску, привлекающую внимание и придающую им такое очарование. При этом нет двух одинаковых расцветок, поэтому любоваться россыпью разноцветных радужных отблесков можно очень долго.

Благодаря трехслойности оболочки, подобное явление возникает за счет такого физического явления как интерференция. Особенность стенок состоит в том, что сверху и снизу находится мыльная субстанция, а между этими слоями располагается вода.

Одна часть световых лучей отражается от внешней плоскости, а другая при прохождении через подобную линзоподобную пленку преломляется, а затем отражается под определенным узлом от внутренней поверхности. За счет интерференции этих отражений наблюдаются на стенках пузырей радужные разводы.

Анализируя интересные факты о мыльных пузырях, можно заметить, что цвет их зависит от толщины пленки. При ее достаточно большой толщине исчезает из спектра красный компонент, обусловливая доминирование сине-зеленых оттенков. При дальнейшем уменьшении толщины убирается желтый тон при преобладании синего цвета. Следующим этапом истончения оболочки становится пурпурная, а затем золотисто-желтая окраска. Перед тем как лопнуть, пузырь темнеет, практически теряя свою радужность.

Габариты и продолжительность сохранения цельности пузырей

Основным разочарованием, получаемым от мыльных пузырей, выдуваемых из обычного раствора, является быстротечность их существования. Также не удается создавать большие красочные разновидности.

Однако любитель экспериментировать Дж. Дьюар (Англия) доказал, проводя опыты, что в герметичной емкости мыльные пузыри способны оставаться в неизменном виде достаточно много. Известен срок в 340 дней, хотя встречаются утверждения о сохранении в течение нескольких лет.

Безопасны ли мыльные пузыри

Основными любителями запуска фейерверков из мыльных шариков являются дети. Судя по многочисленным отзывам, любознательный ребенок нередко пьет используемый раствор. Поэтому безопасность этого мероприятия должна быть в центре внимания взрослых.

Чаще всего возникает проблема, что делать, если ребенок выпил мыльные пузыри, и у него началась рвота или понос. Такая реакция бывает не у всех детей, поскольку зависит от особенностей организма. Некоторые родители отмечают факт появления аллергического кашля у детей после нахождения в комнате, где запускалось большое количество пузырей.

Необходимо опасаться не только, чтобы малыш не съел летающий радужный шар. Вызывает обильные слезы из-за жжения при попадании его в глаза. При чувствительной коже ребенок, вылив на себя раствор для пузырей, может даже получить ожог.

Обычно такие ситуации возникают при пользовании с готовыми составами, приобретаемыми непосредственно для выдувания пузырей. В любом случае не нужно терять времени и обратиться к врачу или вызвать «Скорую». Особенно важно не заниматься самолечением, если начинается аллергическая реакция.

В качестве неотложных мер целесообразно давать обильное питье, призванное максимально очистить желудок. При попадании в глаза или на кожу следует немедленное промывание водой.

Увеличение прочности пузырей

Любому ребенку и даже взрослому будет интересно узнать, как удержать мыльный пузырь в руках, чтобы рассмотреть его великолепие более детально.

Оказывается, можно нанести на ладошку немного любого мыльного раствора, включая и тот, что используется для надувания, и размазать их тонким слоем. Теперь можно ловить хрупкие сферы без опаски.

Значительно увеличивается плотность мыльной оболочки, если заниматься выдуванием на улице в морозный день. Застывшее чудо осторожно опускают на руку в варежках и любуются им.

Увлекательным зрелищем становятся разнообразные шоу, где демонстрируются приемы создания больших мыльных шаров. Многие стремятся создать самый большой мыльный пузырь, чтобы побить предыдущие рекорды и зафиксироваться в книге Гиннеса.

Сейчас известно имя создателя самого гигантского пузыря, в котором уместились 214 человек. Это Матей Кодеш из Чехии, официально подтвердивший свой рекорд. Хотя уже есть информация об увеличении этого количества до 374 человек другими людьми, ожидающими решения о публикации.

В домашних условиях, чтобы увеличить плотность и выдувать большие оригинальные гелевые пузыри, используют следующий рецепт. Берут шампунь или бытовое средство, ориентированное для мытья посуды, очищенную воду, глицерин в соотношении 2:6:1. Через сутки пузыри можно надувать.

vannayaa.ru

Почему мыльные пузыри имеют радужную окраску?

Потому что они пропускают свет. Когда свет проходит сквозь мыльный пузырь, то луч света преломляется, тем самым как бы "расходясь" на все цвета радуги.

Интерференция Переливчатые «радужные» цвета мыльных пузырей получаются за счёт интерференции световых волн и определяются толщиной мыльной плёнки. Когда свет проходит сквозь тонкую плёнку пузыря, часть его отражается от внешней поверхности, в то время как другая часть проникает внутрь плёнки и отражается от внутренней поверхности. Наблюдаемый в отражении цвет излучения определяется интерференцией этих двух отражений. Поскольку каждый проход света через плёнку создает сдвиг по фазе пропорциональный толщине плёнки 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, сталкивающийся с плёнкой, отражается с оттенком, зависящим от толщины плёнки. По мере того, как плёнка становится тоньше из-за испарения воды, можно наблюдать изменение цвета пузыря. Более толстая плёнка убирает из белого света красный компонент, делая тем самым оттенок отражённого света сине-зелёным. Более тонкая плёнка убирает жёлтый (оставляя синий свет) , затем зелёный (оставляя пурпурный) , и затем синий (оставляя золотисто-жёлтый) . В конце концов стенка пузыря становится тоньше, чем длина волны видимого света, все отражающиеся волны видимого света складываются в противофазе и мы перестаем видеть отражение совсем (на тёмном фоне эта часть пузыря выглядит «чёрным пятном») . Когда это происходит, толщина стенки мыльного пузыря меньше 25 нанометров, и пузырь, скорее всего, скоро лопнет. Эффект интерференции также зависит от угла, с которым луч света сталкивается с плёнкой пузыря. Таким образом, даже если бы толщина стенки была везде одинаковой, мы бы всё 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.

science.ques.ru

Урок 53. (дополнительный материал) Лабораторная работа № 13 «Наблюдение интерференции и дифракции света»

Лабораторная работа № 13

Тема: «Наблюдение интерференции и дифракции света»

Цель работы: экспериментально изучить явление интерференции и дифракции.

Оборудование: электрическая лампа с прямой нитью накала (одна на класс), две стеклянные пластинки, стеклянная трубка, стакан с раствором мыла, кольцо проволочное с ручкой диаметром 30 мм., компакт-диск, штангенциркуль, капроновая ткань.

Теория:

Интерференция – явление характерное для волн любой природы: механических, электромагнитных.

Интерференция волн – сложение в пространстве двух (или нескольких) волн, при котором в разных его точках получается усиление или ослабление результирующей волны.

Обычно интерференция наблюдается при наложении волн, испущенных одним и тем же источником света, пришедших в данную точку разными путями. От двух независимых источников невозможно получить интерференционную картину, т.к. молекулы или атомы излучают свет отдельными цугами волн, независимо друг от друга. Атомы испускают обрывки световых волн (цуги), в которых фазы колебаний случайные. Цуги имеют длину около 1метра. Цуги волн разных атомов налагаются друг на друга. Амплитуда результирующих колебаний хаотически меняется со временем так быстро, что глаз не успевает эту смену картин почувствовать. Поэтому человек видит пространство равномерно освещенным. Для образования устойчивой интерференционной картины необходимы когерентные (согласованные) источники волн.

Когерентными называются волны, имеющие одинаковую частоту и постоянную разность фаз.

Амплитуда результирующего смещения в точке С зависит от разности хода волн на расстоянии d2 – d1.

Условие максимума

, (Δd=d2-d1 )

где k=0; ± 1; ± 2; ± 3;…

(разность хода волн равна четному числу полуволн)

Волны от источников А и Б придут в точку С в одинаковых фазах и “усилят друг друга”.

φА=φБ- фазы колебаний

Δφ=0 - разность фаз

А=2Хmax– амплитуда результирующей волны.

Условие минимума

, (Δd=d2-d1)

где k=0; ± 1; ± 2; ± 3;…

(разность хода волн равна нечетному числу полуволн)

Волны от источников А и Б придут в точку С в противофазах и “погасят друг друга”.

φА≠φБ - фазы колебаний

Δφ=π - разность фаз

А=0 – амплитуда результирующей волны.

Интерференционная картина – регулярное чередование областей повышенной и пониженной интенсивности света.

Интерференция света – пространственное перераспределение энергии светового излучения при наложении двух или нескольких световых волн.

Вследствие дифракции свет отклоняется от прямолинейного распространения (например, близи краев препятствий).

Дифракция – явление отклонения волны от прямолинейного распространения при прохождении через малые отверстия и огибании волной малых препятствий.

Условие проявления дифракции: d < λ, где d – размер препятствия, λ - длина волны. Размеры препятствий (отверстий) должны быть меньше или соизмеримы с длиной волны.

Существование этого явления (дифракции) ограничивает область применения законов геометрической оптики и является причиной предела разрешающей способности оптических приборов.

Дифракционная решетка – оптический прибор, представляющий собой периодическую структуру из большого числа регулярно расположенных элементов, на которых происходит дифракция света. Штрихи с определенным и постоянным для данной дифракционной решетки профилем повторяются через одинаковый промежуток d (период решетки). Способность дифракционной решетки раскладывать падающий на нее пучек света по длинам волн является ее основным свойством. Различают отражательные и прозрачные дифракционные решетки. В современных приборах применяют в основном отражательные дифракционные решетки.

Условие наблюдения дифракционного максимума:

d·sinφ=k·λ, где k=0; ± 1; ± 2; ± 3; d - период решетки, φ - угол, под которым наблюдается максимуи, а λ - длина волны.

Из условия максимума следует sinφ=(k·λ)/d .

Пусть k=1, тогда sinφкр=λкр/d и sinφф=λф/d.

Известно, что λкр>λф , следовательно sinφкр>sinφф. Т.к. y= sinφф - функция возрастающая, то φкр>φф

Поэтому фиолетовый цвет в дифракционном спектре располагается ближе к центру.

В явлениях интерференции и дифракции света соблюдается закон сохранения энергии. В области интерференции световая энергия только перераспределяется, не превращаясь в другие виды энергии. Возрастание энергии в некоторых точках интерференционной картины относительно суммарной световой энергии компенсируется уменьшением её в других точках (суммарная световая энергия – это световая энергия двух световых пучков от независимых источников). Светлые полоски соответствуют максимумам энергии, темные – минимумам.

Ход работы:

Опыт 1. Опустите проволочное кольцо в мыльный раствор. На проволочном кольце получается мыльная плёнка.

Расположите её вертикально. Наблюдаем светлые и тёмные горизонтальные полосы, изменяющиеся по ширине по мере изменения толщины плёнки

Объяснение. Появление светлых и темных полос объясняется интерференцией световых волн, отраженных от поверхности пленки. треугольник d = 2h. Разность хода световых волн равна удвоенной толщине плёнки. При вертикальном расположении пленка имеет клинообразную форму. Разность хода световых волн в верхней её части будет меньше, чем в нижней. В тех местах пленки, где разность хода равна четному числу полуволн, наблюдаются светлые полосы. А при нечетном числе полуволн – темные полосы. Горизонтальное расположение полос объясняется горизонтальным расположением линий равной толщины пленки.

Освещаем мыльную пленку белым светом (от лампы). Наблюдаем окрашенность светлых полос в спектральные цвета: вверху – синий, внизу – красный.

Объяснение. Такое окрашивание объясняется зависимостью положения светлых полос о длины волн падающего цвета.

Наблюдаем также, что полосы, расширяясь и сохраняя свою форму, перемещаются вниз.

Объяснение. Это объясняется уменьшением толщины пленки, так как мыльный раствор стекает вниз под действием силы тяжести.

Опыт 2. С помощью стеклянной трубки выдуйте мыльный пузырь и внимательно рассмотрите его. При освещении его белым светом наблюдайте образование цветных интерференционных колец, окрашенных в спектральные цвета. Верхний край каждого светлого кольца имеет синий цвет, нижний – красный. По мере уменьшения толщины пленки кольца, также расширяясь, медленно перемещаются вниз. Их кольцеобразную форму объясняют кольцеобразной формой линий равной толщины.

Ответьте на вопросы:

Почему мыльные пузыри имеют радужную окраску?
Какую форму имеют радужные полосы?
Почему окраска пузыря все время меняется?

Опыт 3. Тщательно протрите две стеклянные пластинки, сложите вместе и сожмите пальцами. Из-за неидеальности формы соприкасающихся поверхностей между пластинками образуются тончайшие воздушные пустоты.

При отражении света от поверхностей пластин, образующих зазор, возникают яркие радужные полосы – кольцеобразные или неправильной формы. При изменении силы, сжимающей пластинки, изменяются расположение и форма полос. Зарисуйте увиденные вами картинки.

Объяснение: Поверхности пластинок не могут быть совершенно ровными, поэтому соприкасаются они только в нескольких местах. Вокруг этих мест образуются тончайшие воздушные клинья различной формы, дающие картину интерференции. В проходящем свете условие максимума 2h=kl

Ответьте на вопросы:

Почему в местах соприкосновения пластин наблюдаются яркие радужные кольцеобразные или неправильной формы полосы?
Почему с изменением нажима изменяются форма и расположение интерференционных полос?

Опыт 4. Рассмотрите внимательно под разными углами поверхность компакт-диска (на которую производится запись).

Объяснение: Яркость дифракционных спектров зависит от частоты нанесенных на диск бороздок и от величины угла падения лучей. Почти параллельные лучи, падающие от нити лампы, отражаются от соседних выпуклостей между бороздками в точках А и В. Лучи, отраженные под углом равным углу падения, образуют изображение нити лампы в виде белой линии. Лучи, отраженные под иными углами имеют некоторую разность хода, вследствие чего происходит сложение волн.

Что вы наблюдаете? Объясните наблюдаемые явления. Опишите интерференционную картину.

Поверхность компакт-диска представляет собой спиральную дорожку с шагом соизмеримым с длиной волны видимого света. На мелкоструктурной поверхности проявляются дифракционные и интерференционные явления. Блики компакт- дисков имеют радужную окраску.

Опыт 5. Сдвигаем ползунок штангенциркуля до образования между губками щели шириной 0,5 мм.

Приставляем скошенную часть губок вплотную к глазу (располагая щель вертикально). Сквозь эту щель смотрим на вертикально расположенную нить горящей лампы. Наблюдаем по обе стороны от нити параллельные ей радужные полоски. Изменяем ширину щели в пределах 0,05 – 0,8 мм. При переходе к более узким щелям полосы раздвигаются , становятся шире и образуют различимые спектры. При наблюдении через самую широкую щель полосы очень узки и располагаются близко одна к другой. Зарисуйте в тетрадь увиденную картину. Объясните наблюдаемые явления.

Опыт 6. Посмотрите сквозь капроновую ткань на нить горящей лампы. Поворачивая ткань вокруг оси, добейтесь четкой дифракционной картины в виде двух скрещенных под прямым углом дифракционных полос.

Объяснение: В центре краста виден дифракционный максимум белого цвета. При k=0 разность хода волн равна нулю, поэтому центральный максимум получается белого цвета. Крест получается потому, что нити ткани представляют собой две сложенные вместе дифракционные решетки со взаимно перпендикулярными щелями. Появление спектральных цветов объясняется тем, что белый свет состоит из волн различной длины. Дифракционный максимум света для различных волн получается в различных местах.

Зарисуйте наблюдаемый дифракционный крест. Объясните наблюдаемые явления.

Запишите вывод. Укажите, в каких из проделанных вами опытов наблюдалось явление интерференции, а в каких дифракции.

Контрольные вопросы:

Что такое свет?
Кем было доказано, что свет – это электромагнитная волна?
Что называют интерференцией света? Каковы условия максимума и минимума при интерференции?
Могут ли интерферировать световые волны идущие от двух электрических ламп накаливания? Почему?
Что называют дифракцией света?
Зависит ли положение главных дифракционных максимумов от числа щелей решетки?

infofiz.ru

РАДУГА В МЫЛЬНОЙ ПЛЕНКЕ | Наука и жизнь

Наука и жизнь // Иллюстрации

Разность хода волн, отраженных от границ тонкой пленки, определяется условием Δl=2hncosφ, а результат интерференции - Δl=kλ/2, где k - целое число. Если k четное, волны пойдут в фазе и усилят одна другую, если нечетное (в противофазе)

‹

›

Каждый, кто хоть раз в детстве выдувал мыльные пузыри, наверняка запомнил то ощущение праздника, которое создавала фантастическая игра цветов на их поверхности. Удивительно - пленка из бесцветной жидкости, раствора мыла в воде, освещенная белым светом, расцвечивается всеми цветами радуги. Посмотрим, почему это происходит.

Распространение света - процесс волновой. Каждой длине волны соответствует ощущение определенного цвета. Белый свет - это смесь самых разных цветов, от фиолетового до тёмно-красного. И если из луча белого света каким-то образом "вырезать" только одну волну, а остальные "погасить", свет из белого превратится в окрашенный.

Мыльный пузырь - это тонкая пленочка воды между двумя слоями молекул моющего вещества. Свет, падая на поверхность пленки, частично отражается от первого слоя, частично проходит внутрь, преломляется и отражается от второй поверхности. Волны, отраженные от двух поверхностей пленки, складываются. И если максимумы двух волн совпадают (волны идут в фазе), амплитуда суммарной волны увеличивается. Если же максимум одной волны приходится на минимум другой (волны в противофазе), амплитуда уменьшится вплоть до полного исчезновения суммарной волны. Две световые волны в сумме дадут темноту. Такой механизм сложения волн называется интерференцией.

Вот откуда взялись цвета, которые окрасили бесцветную пленку, - они возникли в результате интерференции световых волн, отразившихся от границ мыльной пленки. Интенсивность света пропорциональна квадрату амплитуды световой волны, и если волны пришли в фазе, амплитуда суммарной волны вырастет в два раза, а яркость цветного пятна - в четыре. Соответственно столь же сильно будет падать интенсивность волн, идущих в противофазе. Длины волн видимого света лежат в диапазоне от 0,4 микрона (фиолетовый свет) до 0,75 микрона (красный свет). И если одна область пузыря окрашена, скажем, в синий цвет (0,45 мкм), а другая - в зеленый (0,50 мкм), можно с уверенностью сказать, что толщина его стенки изменилась на 0,05 мкм = 5.10-8 м = 0,00005 мм (или на кратную величину).

Если внимательно приглядеться к игре красок на поверхности мыльного пузыря, можно заметить, что рано или поздно вблизи его верхней части появится черное пятно. Толщина пленки в этом месте стала равна половине длины волны фиолетовой составляющей видимого света (самой высокочастотной). Пузырь лопнет именно в этом, наиболее тонком и слабом месте.

Такую же игру красок можно видеть и на поверхности воды, покрытой тонкой пленкой масла или бензина.