第238期生活3分钟浏览 30
发布 · 杂学书库 别馆
肥皂泡上闪着彩虹色的原因
不是染料,而是光在薄膜里叠在一起显出的颜色
肥皂泡看起来带彩虹色,并不是膜里加了染料。极薄的肥皂水膜外表面和内表面反射回来的光相遇,有的波长相互加强,有的相互抵消。膜厚稍有变化,看到的颜色就会变,泡泡一晃,花纹也会跟着流动。
光从外表面和内表面折返回来
肥皂泡的壁,是夹在空气之间的一层薄肥皂水膜。阳光照上去时,一部分在外表面反射,一部分进入膜内,再在内表面反射。从内侧回来的光,比外侧直接弹回的光多走了一小段路。
两束光在眼前重叠时,有的颜色(波长)对齐而变亮,有的错开而变弱。物理学把这叫做薄膜干涉。The Physics Classroom 和 OpenStax 也用同一原理说明肥皂膜、油膜上的色带。光不只像粒子那样行动,也能像水波一样叠合。
膜厚一变,颜色也变
同一个泡,常常上方更薄、下方更厚。水往下淌、又慢慢变干,厚度处处不同。厚度不同,被加强的波长也不同,就会出现粉、绿、紫一类旋转的纹样。
稍稍转头,或泡泡晃动,观察角度也会变,同一处的颜色可能瞬间不同。RSC Education 也指出,水往下排走时颜色会变。所以它更像一张会动的色图,而不是一张静止的彩虹。
黑点是光相互抵消的地方
泡泡再变薄,有些地方会几乎发黑。当膜远薄于可见光波长时,外、内反射光几乎在所有颜色上都相互抵消,反射光所剩无几。OpenStax 还说明,很薄的肥皂膜发暗,也与只有一侧反射发生相位(波动错位)变化有关。
因此彩虹色不是“涂了颜料的球”,而是随厚度和角度被选出的光。雨后路面薄油膜上的色带,也属于同一类干涉。Scientific American 对雨路油膜的说明,同样归结为两面返回的光的重叠。
肥皂泡的彩虹色不是染料,而是薄膜外、内反射光按波长叠合产生的干涉。
整理与参考笔记 · Physics Classroom · OpenStax · RSC · SciAm. 薄膜干涉(外内表面反射的相长/相消)、随厚度与角度变色、极薄膜的暗区依据 Physics Classroom、OpenStax(§27.7)、RSC。SciAm 参考雨天油膜(同类干涉);相位细节各资料表述不一。
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