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为什么肥皂泡上有流动的彩色斑纹

书之意 2015-05-14 10:11:38 手机版

  小朋友们,你们看过父母洗衣服吗?加点洗衣粉再放点水泡一泡,还会产生肥皂泡,在阳光的照耀下呈现五彩斑斓的颜色,水面上的油膜也会有明显的彩色条纹。为什么肥皂泡上有流动的彩色斑纹,其中的原因是什么呢?下面就由小编来给大家解答一下疑惑吧。

  物理学研究表明:光波如同池塘里的水波,也具有波动性。往池塘里丢入两颗石子,所产生的涟漪会相互干涉,形成美丽的干涉花纹。仔细观察池塘里的水波,会发现某些位置处的振动始终加强,而另外一些位置处的振动始终在减弱。类似地,当两束或多束相同频率的光相遇时,也会产生干涉现象。某些位置处的光振动始终在加强,因而此处较亮,称为相长干涉;某些位置处的光振动始终在减弱,因而此处较暗,称为相消干涉。值得注意的是,一定厚度的膜只能使一定波长(颜色)的光发生稳定的相长干涉或相消干涉。如果在某处,只有红色光满足相长干涉条件,则此处呈现红色;如果此处只有绿色光满足相长干涉条件,则此处呈现绿色。

  肥皂膜、水面上的油膜都是透明薄膜,它们都有上、下两个表面。当太阳光照射在这些膜表面时,将分别被薄膜上、下两个表面反射,这样,一束光就变成了两束能够相互干涉的反射光线。由于太阳光是一种复色光,包含了红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种颜色的可见光,而肥皂膜和油脂膜在各处的厚度并不均匀,根据相长干涉与相消干涉理论,在膜面厚度不同的位置上将有不同颜色的光满足相长干涉条件,同时也将有不同颜色的光满足相消干涉条件。这样一来,阳光中的七种颜色光,在不同厚度的地方,有的会加强,有的却会减弱,甚至相互抵消。于是,膜上有的地方显得红一些,有些地方显得蓝一些,有些地方又显出别的颜色。肥皂膜或油膜就这样把阳光分解,呈现色彩斑斓的图案。液体的流动还导致薄膜厚度的细微变化,因此薄膜上的彩色斑纹也随之而流动。

  还有一个非常有趣的现象,刚开始吹肥皂泡时,并没有那么绚丽的色彩;但随着泡泡被吹得越来越大,其色彩也越来越亮丽,直至破灭。这又是什么原因呢?原来,并非所有厚度的透明膜都能产生光的干涉现象。如果膜太厚,则膜下表面的反射光与膜上表面的反射光并不能相互干涉。随着肥皂泡被吹得越来越大,膜也越来越薄,最终满足光的干涉条件,才形成了美丽的色彩和图案。

  薄膜的颜色与它的厚度有关,这就产生了一些有趣的应用,比如检验精密机械零件表面是否有瑕疵。通常的做法是,先把被检查的表面与一个标准的表面相接,然后在光线照射下,观察两个表面间的空气薄膜所形成的彩色斑纹。如果彩色斑纹发生畸变,就表明被测表面有缺陷。根据斑纹的弯曲、畸变的形状和不规则程度,就可以确定被测表面的缺陷所在和缺陷程度。