Чем объясняется постоянно меняющаяся радужная окраска мыльных пузырей
Почему окраска мыльного пузыря все время меняется?
Наука Комментарии к записи Почему окраска мыльного пузыря все время меняется? отключены 2,062 Просмотры
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.
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.
Как сделать в домашних условиях мыльную основу
Капсулы для стирки: для чего нужны и как пользоваться
Что это такое кастильское мыло: рецепты приготовления
Как упаковать мыло ручной работы
Как можно отбелить зубы: выбираем наилучший способ
Почему мыльные пузыри окрашены в цвет радуги?
Фото: Pixabay/CC0 Public Domain
Шрифты
Поделитесься
Это потому, что световые волны, отраженные от противоположных сторон тонкой стенки мыльного пузыря, интерферируют друг с другом, то есть происходит перераспределение интенсивности света в результате наложения нескольких световых волн. Некоторые длины волн (цвета) нейтрализуют друг друга, а другие усиливаются. Стенка мыльного пузыря на самом деле представляет собой тонкую пленку воды, защищенную от разрушения слоем молекул моющего средства с каждой стороны. А какие цвета усилены, зависит от толщины водяной пленки.
Добавим, что это явление не то же самое, что происхождение цветов радуги (вызванное преломлением внутреннего отраженного света), а скорее то же самое, что явление, вызывающее цвета масляного пятна на мокрой дороге.
Предположим, что на поверхность пузыря, образованного плёнкой постоянной толщины, падает пучок белого света, и различные участки поверхности пузыря пучок встречает под различными углами. Это означает, что в условия, при которых отражённый луч усиливается, будут попадать лучи с различной длиной волны и различные участки пузыря будут отсвечивать различными цветами радуги: лиловый, красный, синий, зелёный, жёлтый цвет. Это может произойти и по другой причине: различные участки плёнки пузыря со временем меняют свою толщину (теперь уже меняется толщина), и именно поэтому «то в нём синеет море, то в нём горит пожар». Если приглядеться к мыльному пузырю, можно отчётливо увидеть потоки жидкости, меняющие его окраску.
Чтобы закончить рассказ об оптике мыльного пузыря, обязательно надо сказать о чёрных полосах и пятнах в окраске пузыря. Они особенно отчётливо видны, когда пузырю осталось жить всего несколько мгновений.
Почему мыльные пузыри окрашены в цвет радуги?
Фото: Pixabay/CC0 Public Domain
Шрифты
Поделитесься
Это потому, что световые волны, отраженные от противоположных сторон тонкой стенки мыльного пузыря, интерферируют друг с другом, то есть происходит перераспределение интенсивности света в результате наложения нескольких световых волн. Некоторые длины волн (цвета) нейтрализуют друг друга, а другие усиливаются. Стенка мыльного пузыря на самом деле представляет собой тонкую пленку воды, защищенную от разрушения слоем молекул моющего средства с каждой стороны. А какие цвета усилены, зависит от толщины водяной пленки.
Добавим, что это явление не то же самое, что происхождение цветов радуги (вызванное преломлением внутреннего отраженного света), а скорее то же самое, что явление, вызывающее цвета масляного пятна на мокрой дороге.
Предположим, что на поверхность пузыря, образованного плёнкой постоянной толщины, падает пучок белого света, и различные участки поверхности пузыря пучок встречает под различными углами. Это означает, что в условия, при которых отражённый луч усиливается, будут попадать лучи с различной длиной волны и различные участки пузыря будут отсвечивать различными цветами радуги: лиловый, красный, синий, зелёный, жёлтый цвет. Это может произойти и по другой причине: различные участки плёнки пузыря со временем меняют свою толщину (теперь уже меняется толщина), и именно поэтому «то в нём синеет море, то в нём горит пожар». Если приглядеться к мыльному пузырю, можно отчётливо увидеть потоки жидкости, меняющие его окраску.
Чтобы закончить рассказ об оптике мыльного пузыря, обязательно надо сказать о чёрных полосах и пятнах в окраске пузыря. Они особенно отчётливо видны, когда пузырю осталось жить всего несколько мгновений.
Чем объясняется постоянно меняющаяся радужная окраска мыльных пузырей
Пузырь из воды нестабилен и быстро лопается. Другое дело, если в воде растворить немного поверхностно-активного вещества (ПАВ), например мыла. Молекулы ПАВов имеют две стороны: одна отталкивает воду (гидрофобная), другая к ней притягивается (гидрофильная). Когда мы намыливаем руки, молекулы грязи цепляются к гидрофобному концу, а гидрофильная сторона прикрепляется к воде и увлекает за собой молекулы мыла вместе с частичками грязи. Но как получаются пузыри?
В толще воды молекулы притягиваются друг к другу и распределяются равномерно. На поверхности всё по-другому. Там молекулы тесно взаимодействуют с соседями внутри жидкости, но очень слабо — с молекулами воздуха. Иными словами, они притягиваются соседями снизу и сбоку, а сверху — нет. Поэтому поверхность ведёт себя как растянутая эластичная плёнка.
Растворённые в жидкости ПАВы стремятся к поверхности (ведь одна сторона такой молекулы «боится» воды). Заменяя молекулы воды на поверхности, они снижают поверхностное натяжение, что позволяет площади поверхности увеличиваться. Когда мы надуваем пузырь, тонкая плёнка жидкости оказывается между двумя слоями молекул ПАВа (они стремятся наружу, а внутри и снаружи пузыря воздух). Поскольку из всех фигур одинакового объёма именно сфера имеет наименьшую площадь (а значит, наиболее энергетически выгодна), пузырь принимает её форму.
Мыльные пузыри могут принимать форму объекта с минимальной площадью поверхности. Эту особенность используют для изучения растяжимых структур, применяемых при строительстве сверхлёгких крыш, мостов и каркаса кораблей. Что это даёт? Минимальные затраты строительных материалов при достаточной устойчивости. Так, немецкий архитектор Фрай Отто, вдохновлённый мыльными пузырями, использовал мембранные поверхности при строительстве олимпийского стадиона в Мюнхене в 1972 году.
А как устроена мыльная пена?
Структуры пены подробно описал бельгийский физик Жозеф Плато в 1873 году. Он экспериментально выявил закономерность: каждый пузырь стремится уменьшить площадь поверхности, поэтому пузырьки объединяются, чтобы разделить общую стенку (три стенки вместо шести), а угол между ними всегда равен 120 градусам. Границы соприкосновения мыльных пузырей позже были названы границей Плато — в честь учёного.
Мыльные пузыри имеют радужную окраску. Причину этого явления объяснил ещё Исаак Ньютон в начале XVIII века: дело в интерференции — наложении световых волн. Когда свет падает на поверхность пузыря, часть волн отражается от внешней стороны мыльной плёнки, а другая проходит через неё, преломляется и отражается от внутренней поверхности. Когда эти волны встречаются с отражёнными от внешней поверхности, их гребни и впадины не всегда совпадают. Если совпадают, то волны усиливают друг друга, если нет — ослабляют. Толщина плёнки неодинаковая, поэтому отразившиеся от неё лучи имеют разную длину волны. В результате мы видим радужные разводы на пузыре.
Интерференция световых волн, отражённых от верхней и нижней поверхности плёнки: белый свет распадается на лучи разного цвета
Создание мыльных пузырей в космосе — занятие не только увлекательное, но и полезное. Астронавт NASA Дон Петтит выдувал их на борту Международной космической станции.
Он использовал шипучие таблетки и смоченную в воде проволоку. Таблетка растворялась в воде на поверхности проволоки, выделяя углекислый газ. Газ раздувал плёнку воды, образуя пузырь, который из-за отсутствия силы тяжести увеличивался в объёме, но не лопался. Уменьшить его можно было откачав содержимое с помощью шприца.
Дон Петтит прокомментировал эксперимент так: «Изучать поведение газов в жидкости нужно, чтобы лучше понимать условия низкой гравитации. Если вы проводите исследования или создаёте инструменты, которые должны работать в подобных условиях, важно понимать, что происходит с газом в жидкости и наоборот».