На поверхности обычного мыльного пузыря можно увидеть фиолетовые, зелёные, жёлтые и красные полосы. Они перемещаются и меняют форму даже тогда, когда в мыльный раствор не добавляли никаких красителей. Причина такого эффекта связана со светом и толщиной почти прозрачной водной плёнки.
Почему мыльный пузырь становится радужным
Стенка пузыря представляет собой тонкий слой жидкости, удерживаемый поверхностно-активными веществами. Когда на неё падает белый свет, часть лучей отражается от наружной поверхности, а другая часть проходит внутрь и отражается от внутренней. Затем отражённые световые волны накладываются друг на друга — этот процесс физики называют интерференцией.
При наложении одни длины волн усиливаются, а другие ослабляются. Какие именно цвета становятся заметнее, зависит от толщины плёнки, угла наблюдения и оптических свойств раствора. Поэтому разные участки одного пузыря выглядят разноцветными, хотя сама жидкость почти бесцветна.
Откуда берутся движущиеся цветные полосы
Толщина оболочки не остаётся постоянной. Жидкость постепенно стекает вниз под действием силы тяжести, а внутри тонкого слоя возникают течения, которые перераспределяют её по поверхности. Из-за этого условия интерференции меняются, и цветные области словно скользят по пузырю.
Особенно заметен эффект при освещении белым светом на тёмном фоне. Если посмотреть на пузырь с другой стороны, сочетание видимых оттенков тоже может измениться: лучи отражаются под иным углом. Это не означает, что состав раствора за секунду поменялся, — изменился путь, который прошли отражённые световые волны.
Почему перед разрывом пузырь иногда темнеет
Когда отдельный участок оболочки становится чрезвычайно тонким, отражённые световые волны могут ослаблять друг друга практически во всём видимом диапазоне. Тогда вместо яркой окраски появляется тёмная область. Такой участок нередко наблюдают в верхней части стареющей мыльной плёнки, откуда жидкость уже стекла вниз.
Однако по одному только цвету нельзя с точностью предсказать секунду разрыва. На устойчивость пузыря также влияют испарение воды, состав раствора, движения воздуха и случайные повреждения оболочки. Радужные разводы прежде всего показывают, как свет взаимодействует с очень тонким слоем жидкости.
Где ещё можно увидеть такой же эффект
Похожие цветные переливы возникают на тонкой масляной плёнке на воде и в некоторых оптических покрытиях. Принцип один: свет частично отражается от нескольких близко расположенных границ, после чего волны складываются или взаимно ослабляются. При этом радуга после дождя появляется по другому механизму — из-за преломления, отражения и разложения света в каплях воды.
Описание интерференции в тонких плёнках приводят авторы учебника OpenStax University Physics. Дополнительное объяснение движения окрашенных участков и истончения мыльной оболочки опубликовано в материалах Королевского химического общества.