你小時候一定不止一次地吹過肥皂泡,當肥皂泡像氫氣球一樣在你身邊飛舞的時候,你有沒有注意過它上麵有變幻不定的奇異色彩?不要以為吹肥皂泡不過是小遊戲,一個小小肥皂泡中所包含的物理知識足夠寫一本書。
現在讓我們來研究一下肥皂泡上為什麼會出現顏色。
在一個清潔的玻璃杯中倒入一些煮開過的溫水,放入一小撮洗衣粉,然後用幹淨的小棍不斷地攪拌,直到洗衣粉完全溶解為止(注意洗衣粉不要放得太多)。為了使肥皂膜更結實一些,可以摻進一點糖或甘油。肥皂水攪拌好以後放置一會兒,就可以用來吹肥皂泡了。但是我們的目的不是要吹肥皂泡,因為肥皂泡總是飄忽不定的,不便於觀察。我們的目的是要用這種肥皂水製造一個肥皂膜。
怎樣製造肥皂膜呢?
用一個瓶口較大的瓶子,或用硬塑料電線彎成一個圓圈,在肥皂水中浸一下,這樣,就在瓶口或圓圈上掛上了一層薄膜。把瓶口慢慢地轉向自己,就會看到肥皂膜像鏡子一樣閃閃發亮,反射著天空射來的光(不是太陽直接射來的光,而是天空的散射光)。隻要你注意觀察,你準會在肥皂膜上看見一條條彩色光帶。肥皂膜本身沒有顏色,那麼,這些顏色是哪裏來的呢?
是由肥皂膜的前後表麵反射回來的兩組光波相遇後形成的。光波像水波一樣也有波峰和波穀。當波峰和波峰相遇的時候。波峰就會加強(波穀和波穀相遇的時候也是一樣),加強的地方就顯得明亮,反之當波峰和波穀相遇的時候就會互相削減。
大家都知道,照在肥皂膜上的白光是由各種不同波長的單色光波組成的。在薄膜上,哪些波長的光波會加強,哪些波長的光波會相互削弱,這和薄膜的厚度有密切的關係:由於豎立著的肥皂膜上的肥皂水慢慢地向下流動,形成下部厚、上部薄的一層薄膜。如果在某一部分,膜的厚度恰好使它的前後表麵反射回來的兩組紅光相互抵消了,在這個地方看到的就是失去了紅光的白光,看上去就是藍綠色。而在另一部分,由於膜的厚度改變了,相互抵消的就是另一種光波,呈現出來的就是另外一種顏色。
肥皂膜就是這樣把白光分解開來。這種現象叫做光的幹涉現象,形成的顏色叫做幹涉色。
肥皂膜上的彩色條紋為什麼基本上是水平的呢?這是由於肥皂膜在同一水平線上厚度相同,厚度相同的地方,由幹涉現象產生的顏色也相同。
這件事情啟發我們:是不是可以利用幹涉條紋來測量物體的厚度呢?
可以。例如:在製作光學儀器的時候,常常需要磨製一塊十分平滑的平麵玻璃,它的偏差不準逾過萬分之一毫米。這樣小的誤差用普通的量具是測量不出來的。但是利用光的幹涉原理就可以輕而易舉地完成這個任務。