肥皂泡上的彩色斑纹是怎么来的?
当太阳光照射在肥皂膜的表面时,会分别被薄膜的上、下两个表面反射,如此,一束光就变为两束相互干涉的反射光线。由于肥皂膜在各处的厚度并不均匀,阳光中的7种单色光,在肥皂膜厚度不同的地方,就会出现有的会加强,有的会减弱,有的甚至会相互抵消。就这样,肥皂膜把阳光分解,呈现出五颜六色的图案。
我们常常看到这样的一些现象:肥皂泡在阳光下呈现出五彩斑斓的色彩,水面上的油膜表面呈现光鲜的彩色条纹。肥皂膜和油膜本身是无色的,为何会呈现出如此美丽的颜色呢?其实,这是白光在透明薄膜的上、下表面反射并相互干涉的结果。
物理学家研究表明:光波像池塘里的水波一样,具有波动性。向池塘的水里投两颗石子,产生的涟漪相遇,相互干涉,形成了美丽的干涉花纹。如果仔细观察,还会发现这些水波某些位置处的振动一直加强,而另一些位置处的振动却一直在减弱。
同样的道理,当两束或多束频率相同的光相遇时,也会产生相互干涉的现象。某些位置处的光振动一直在加强,所以此处就比较亮,称作相长干涉;某些位置处的光振动一直在减弱,所以此处就比较暗,称作相消干涉。值得一提的是,一定厚度的膜,仅能使一定波长(颜色)的光产生稳定的相长干涉或者相消干涉。例如,在某处,如果仅红色光满足相长干涉条件,那么此处就呈现红色;如果此处仅有绿色光满足相长干涉条件,那么此处就只会呈现绿色。
肥皂膜是透明薄膜,而且有上、下两个表面。当太阳光照射在肥皂膜的表面时,会分别被薄膜的上、下两个表面反射,如此,一束光就变为两束相互干涉的反射光线。太阳光是由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫7种单色组成的可见光,由于肥皂膜在各处的厚度并不均匀,根据相长干涉和相消干涉理论,在膜面厚度不同的位置上,既会有不同颜色的光满足相长干涉条件,也会有不同颜色的光满足相消干涉条件。如此一来,阳光中的7种单色光,在肥皂膜厚度不同的地方,就会出现有的会加强,有的会减弱,有的甚至会相互抵消。在色彩表现上,也会出现肥皂膜上有的地方红一些,有些地方蓝一些,有些地方绿一些,有些地方又会显出其他的颜色的情况。就这样,肥皂膜把阳光分解,呈现出五颜六色的图案。另外,液体的流动会导致薄膜厚度发生细微的变化,薄膜上的彩色斑纹也随之流动,因此,我们看到的彩色波纹也是流动的。
不仅仅肥皂泡会发生这样的现象,任何透明薄膜只要有光线射入,都会产生这样的现象。例如,我们常见的水上的油膜、蜻蜓的翅膀、CD片等等,在阳光的照射下,它们都会呈现出缤纷斑斓的色彩,其原理与肥皂泡呈现彩色的原理相同,这种颜色叫做薄膜色。这种现象称为光的干涉。
我们吹肥皂泡时,还会发现一个非常有趣的现象,刚开始吹时,色彩并没有那么绚丽:随着泡泡被逐渐吹得越来越大,它的色彩也会变得越来越亮丽,直至破灭。这又是怎么回事呢?
原来,并不是所有厚度的透明膜都会发生光的干涉现象。如果膜过厚,膜下表面与膜上表面的反射光就不会相互干涉。当肥皂泡被吹得越来越大时,膜也会随着越变越薄,当能满足光的干涉条件时,才会形成美丽的色彩和图案。
薄膜的颜色与其厚度有关,按照这个道理,就产生了一些非常有趣的应用。例如,检验精密机械零件的表面是否存在瑕疵,通常的检验方法是:先把被检查的表面与一个标准的表面相接,然后放在光线下照射,仔细观察两个表面间的空气薄膜所产生的彩色斑纹。如果彩色斑纹发生畸形变化,就说明被测的表面有缺陷。然后再根据斑纹的畸变、弯曲的形状和不规则的程度,来确定被测表面的缺陷所在位置和缺陷程度。
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