Бензин не змішується з водою. Тому, потрапляючи наприклад, у калюжу на дорозі, він розтікається по поверхні й утворює найтоншу плівку. Ця плівка володіє чудовою фізичною властивістю - створювати ось такі райдужні картини.
Чому це відбувається?
Світлові промені, що потрапляють на бензинову плівку, поділяються на: частина світла відбивається від поверхні бензинової плівки (межі повітря і бензину), а частина проходить через бензиновий шар, доходить до кордону бензин-вода і відбивається вже від цієї межі (ще одна частина йде в глиб води, але для нашого питання ця складова не має значення).
У підсумку виходять два відбитих променя, причому другий з них на шляху до нашого ока відстає від першого, тому що йому двічі довелося подолати товщину плівки. Ці два променя накладаються один на одного, в результаті чого в просторі відбувається перерозподіл їх енергії. Результуючі коливання при цьому або посилюються або послаблюються. Посилення відбувається, якщо переломлена хвиля 2 (див. рисунок) відстає від відбитої хвилі 1 на ціле число довжин хвиль. Якщо ж друга хвиля відстає від першої на половину довжини хвилі або непарне число півхвиль, то відбудеться ослаблення світла.
Це явище називається у фізиці інтерференцією світла.
Промінь червоного світла, що виходить з точки Y, складається з двох променів:
частини променя 1, пройшла через плівку, і частини 2 променя,
відбивається від зовнішньої поверхні.
Довжина шляху XOY кратна довжині хвилі падаючого світла на плівку,
тому обидва промені складаються в фазі і посилюються.
У цьому випадку сині промені при даній товщині плівки
складаються в протифазі, тому що
відстань XOY не пропорційно довжині хвилі.
Результат - промені складаються в протифазі
і гасяться: синій колір не відбивається від плівки.
Для того щоб могло відбуватися явище інтерференції, два відбитих променя повинні бути синхронними, погодженими, тобто їх довжини хвиль повинні бути однакові, а зсув фази - постійним (фізики такі хвилі називають когерентними). Звичайні джерела світла не є когерентним, тому що вони складаються з великого числа атомних випромінювачів, що працюють незалежно один від одного і неузгоджено. Хвилі ж, відбиті від зовнішньої і внутрішньої поверхонь тонкої плівки, є когерентними, тому що вони є частинами одного і того ж світлового пучка.
Якби промені світла мали одну довжини хвилі, тобто, були б одноколірними (таке джерело світла називається монохроматичним), то інтерференційна картинка виглядала б як чергування світлих і чорних смуг (відповідно, інтерференційних максимумів і мінімумів). Але сонячні промені - білі, в них присутні хвилі всього видимого спектру. Тому картина, яка виходить на бензиновій плівці від сонячного світла - кольорова, весела.
Справа в тому, що різниця ходу променів, відбитих від плівки, залежить від її товщини. При певній товщині умова максимуму виконається для певної довжини хвилі, і плівка у відбитому світлі придбає колір, відповідний цій довжині хвилі. Якщо ж плівка має змінну товщину, а саме так йде справа з бензиновою плівкою на воді, то інтерференційні смуги набувають райдужну забарвлення, так як в різних ділянках плівки умова максимуму виконується для різних довжин хвиль.
Однак це не означає, що на плівці з рівномірною товщиною інтерференцію спостерігати неможливо: адже ефект інтерференції визначається не тільки товщиною плівки, а й іншими факторами, наприклад, кутом падіння світлового пучка, показником заломлення плівки.
Явище інтерференції світла можна спостерігати тільки в тонких плівках, товщина яких порівнянна з довжиною хвилі падаючого на них світла (але обов'язково більше неї). Адже світло - це сума випромінювання з різною довжиною хвилі. При проходженні через товсту плівку відмінності в проходженні променів будуть різні, і відбиваються промені не будуть когерентними. Тобто, звичайно, якісь хвилі будуть у фазі, а якісь-в протифазі, але некогерентных хвиль буде набагато більше, і інтерференційна картина просто "розмажеться". Тим не менш, в товстих плівках інтерференцію спостерігати можна - для цього джерело світла повинен бути монохроматичним.
Інтерференцію світла можна спостерігати не тільки на бензинових плівках на воді.
При розливах нафти в море водна поверхня покривається райдужними розводами - але тільки в тих випадках, коли нафтова плівка тонка, не більше мікрона товщиною, тобто масштаб катастрофи відносно невеликий.
Інтерференція обумовлює райдужні переливи на поверхні компакт-дисків.
Позахмарність мильних бульбашок - теж результат інтерференції. Товщина стінки мильного міхура трохи більше довжини хвиль видимого спектру. У міру зменшення товщини стінки міхур поступово змінює колір. При товщині 230 нм він забарвлюється в оранжевий колір, при 200 нм - зелений, при 170 нм - синій. Товщина плівки змінюється неоднорідне, тому вона має плямистий вигляд. Коли з-за випаровування води товщина стінки мильного міхура стає менше довжини хвилі видимого світла, міхур перестає переливатися кольорами веселки, стає майже невидимим, перед тим як лопнути - це відбувається при товщині стінки приблизно 20-30 нм.
| Явище інтерференції: | |||
|---|---|---|---|
 на стінці мильного міхура |
 на компакт-диску |
 на нафтової плівки |
 на оксидній плівці металу (кольори мінливості) |
