Образ невесты Подготовка к свадьбе Организация свадьбы Развлечения на свадьбе Поздравления и тосты на свадьбу Свадебные приметы, горосокопы и гадания

Окрашивание тонких пленок мыльных пузырей связано с явлением


РАДУГА В МЫЛЬНОЙ ПЛЕНКЕ | Наука и жизнь

Наука и жизнь // Иллюстрации

Разность хода волн, отраженных от границ тонкой пленки, определяется условием Δl=2hncosφ, а результат интерференции - Δl=kλ/2, где k - целое число. Если k четное, волны пойдут в фазе и усилят одна другую, если нечетное (в противофазе)

Каждый, кто хоть раз в детстве выдувал мыльные пузыри, наверняка запомнил то ощущение праздника, которое создавала фантастическая игра цветов на их поверхности. Удивительно - пленка из бесцветной жидкости, раствора мыла в воде, освещенная белым светом, расцвечивается всеми цветами радуги. Посмотрим, почему это происходит.

Распространение света - процесс волновой. Каждой длине волны соответствует ощущение определенного цвета. Белый свет - это смесь самых разных цветов, от фиолетового до тёмно-красного. И если из луча белого света каким-то образом "вырезать" только одну волну, а остальные "погасить", свет из белого превратится в окрашенный.

Мыльный пузырь - это тонкая пленочка воды между двумя слоями молекул моющего вещества. Свет, падая на поверхность пленки, частично отражается от первого слоя, частично проходит внутрь, преломляется и отражается от второй поверхности. Волны, отраженные от двух поверхностей пленки, складываются. И если максимумы двух волн совпадают (волны идут в фазе), амплитуда суммарной волны увеличивается. Если же максимум одной волны приходится на минимум другой (волны в противофазе), амплитуда уменьшится вплоть до полного исчезновения суммарной волны. Две световые волны в сумме дадут темноту. Такой механизм сложения волн называется интерференцией.

Вот откуда взялись цвета, которые окрасили бесцветную пленку, - они возникли в результате интерференции световых волн, отразившихся от границ мыльной пленки. Интенсивность света пропорциональна квадрату амплитуды световой волны, и если волны пришли в фазе, амплитуда суммарной волны вырастет в два раза, а яркость цветного пятна - в четыре. Соответственно столь же сильно будет падать интенсивность волн, идущих в противофазе. Длины волн видимого света лежат в диапазоне от 0,4 микрона (фиолетовый свет) до 0,75 микрона (красный свет). И если одна область пузыря окрашена, скажем, в синий цвет (0,45 мкм), а другая - в зеленый (0,50 мкм), можно с уверенностью сказать, что толщина его стенки изменилась на 0,05 мкм = 5.10 -8 м = 0,00005 мм (или на кратную величину).

Если внимательно приглядеться к игре красок на поверхности мыльного пузыря, можно заметить, что рано или поздно вблизи его верхней части появится черное пятно. Толщина пленки в этом месте стала равна половине длины волны фиолетовой составляющей видимого света (самой высокочастотной). Пузырь лопнет именно в этом, наиболее тонком и слабом месте.

Такую же игру красок можно видеть и на поверхности воды, покрытой тонкой пленкой масла или бензина.

Тонкая пленка интерференции | Физика II

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Обсудите образование радуги тонкими пленками.

Рис. 1. Эти мыльные пузыри ярко окрашиваются под воздействием солнечного света. (Источник: Скотт Робинсон, Flickr)

Яркие цвета масляного пятна, плавающего на воде, или освещенного солнцем мыльного пузыря, вызваны помехами. Самые яркие цвета - это те, которые конструктивно мешают.Эта интерференция возникает между светом, отраженным от разных поверхностей тонкой пленки; таким образом, эффект известен как тонкопленочная интерференция . Как отмечалось ранее, интерференционные эффекты наиболее заметны, когда свет взаимодействует с чем-то, имеющим размер, близкий к его длине волны. Тонкая пленка - это пленка, имеющая толщину t , которая в несколько раз меньше длины волны света, λ . Поскольку цвет косвенно связан с λ и поскольку все помехи каким-то образом зависят от отношения λ к размеру o

.

цветных полос на мыльном пузыре - Физика

Вы можете сразу распознать это как проблему интерференции на основе аналогичных примеров в вашем тексте или из лекции. Но помните, что интерференция возникает в результате наложения волн, поэтому очень полезно признать эту проблему в более широком контексте суперпозиции.

Вы знаете, что солнечный свет состоит из света многих различных длин волн, и каждая длина волны в видимой части спектра интерпретируется нашим мозгом как цвет.Так что что-то должно произойти, когда свет попадает в мыльный пузырь, чтобы были видны только волны некоторых длин. Все цвета отражаются, так что "что-то" должно происходить с волнами в самом мыле. Тот факт, что одни цвета видны, а другие затухают, должен напоминать вам о музыкальных инструментах - одни частоты слышны, а другие затухают, и действительно, основная физика одинакова в обоих случаях. Вы видите (или слышите) частоты, соответствующие волнам, и не видите и не слышите частоты, соответствующие этим волнам.

Чтобы подойти к этой проблеме, вам нужно посмотреть, какие длины волн света накладываются друг на друга, чтобы конструктивно интерферировать.


  • Выше мы поняли, что все цвета света будут отражаться от поверхности мыла, и поэтому поняли, что нам нужно думать о интерференции и о том, что происходит со светом, как в самом мыле. Поэтому ваша картина должна позволять смотреть внутрь мыльной пленки.Более того, поскольку физика, стоящая за этой проблемой, основана на суперпозиции волн, полезная картина покажет это. На каждой границе раздела волны отражаются и преломляются, поэтому нижний рисунок показывает, что слой приходящей волны. В. Это продолжается в каждом интерфейсе, хотя я нарисовал достаточно, чтобы показать общую идею.


  • Мы знаем, что волны конструктивно интерферируют - что мы увидим свет - когда они синфазны.


    Волны, и поэтому есть два фактора, которые могут изменить это соотношение. Во-первых, это толщина мыльной пленки. Если одна волна превосходит другую, они могут полностью выйти из фазы и всегда будут мешать деструктивно. Если он перемещается, соотношение фаз (например, по фазе) сохраняется. Другой фактор - это отражение. Когда волна отражается от границы раздела в более плотную среду с более высоким показателем преломления, отраженная волна будет. Это то же самое, что и взятие волны.


    В этом случае присутствуют оба эффекта, поэтому - яркое пятно - это

  • Теперь мы знаем три самых тонких пленки мыла, которые будут давать интерференционные максимумы для красного света. Никаких дополнительных решений не требуется


  • Цветные полосы на мыльных пузырях являются результатом светового воздействия.Разные цвета соответствуют разным длинам волн, и поэтому условия, создающие конструктивную интерференцию для одних цветов, будут давать деструктивную интерференцию для других цветов. В этом случае мешающие волны возникают из-за отражения - часть падающей волны отражается от внешней поверхности, часть входит в мыльный пузырь и отражается от внутренней поверхности. Это обычно называется «интерференцией тонких пленок».

    Есть два эффекта, которые влияют на относительную фазу интерферирующих волн в случае тонких пленок.Первый - это относительная длина пути между волнами, а второй - вероятность того, что волны будут инвертированы при отражении от одной или обеих границ раздела. По этой причине вы не можете запомнить уравнение, которое дает минимумы интерференции, и уравнение, которое дает интерференционные максимумы. Вместо этого вам нужно тщательно подумать о необходимой разнице путей для интересующего вас случая. Для мыльного пузыря только одна из границ раздела привела к инверсии отраженной волны, и поэтому требуется дополнительная разность хода на половину длины волны, чтобы привести волны в фазу.

    Наконец, убедитесь, что ваши числа имеют смысл. Длина волны света внутри мыла короче, чем внутри воздуха, поэтому вы ожидаете менее половины от 7 x 10 -7 м для наименьшей разницы в пути и ожидаете добавить число меньше 7 x 10 -7 м для каждого последующего случая. Не забывайте, что толщина - это разница путей, разделенная на два, поскольку свет проходит через мыльную пленку, входя и выходя обратно.

  • .

    Физика гигантских пузырьков лопается, секрет механики жидкости - ScienceDaily

    Исследование, вдохновленное уличными артистами, создающими гигантские мыльные пузыри, привело к открытию в механике жидкости: смешивание полимеров разного размера в растворе увеличивает способность тонкой пленки к растянуть без разрывов.

    Журнал Physical Review Fluids опубликовал результаты исследования физиков из Университета Эмори. Полученные данные потенциально могут привести к улучшению таких процессов, как прохождение масел по промышленным трубопроводам и удаление загрязняющих пен в ручьях и реках.

    Результаты также имеют значение для энтузиастов надувания пузырей на заднем дворе.

    «Это исследование определенно добавляет удовольствия в фундаментальную науку», - говорит Джастин Бертон, доцент физики в Университете Эмори и старший автор статьи.

    Гидродинамика - одно из основных направлений работы лаборатории Бертона. «Процессы гидродинамики визуально прекрасны, и они повсюду на нашей планете, от образования и разрушения капель и пузырьков до аэродинамики самолетов и глубоководного опрокидывания мирового океана», - говорит он.

    Несколько лет назад Бертон был в Барселоне на конференции, и он случайно увидел уличных артистов, создающих огромные пузыри, используя мыльный раствор и толстую хлопковую нить. «Эти пузыри были диаметром с хула-хуп и длиной с машину», - вспоминает он. «Они также были красивыми, их поверхность меняла цвет с красного на зеленый и с голубоватым».

    Этот эффект радуги показывает, что толщина пленки сравнима с длиной волны света или всего несколько микрон, объясняет он.

    Просмотр представления вызвал у Бертона вопрос физики: как такая микроскопически тонкая пленка может сохранять целостность на таком большом расстоянии, не разрушаясь? Он начал исследования как на заднем дворе, так и в своей лаборатории.

    Когда Бертон исследовал рецепты пузырей, он наткнулся на Soap Bubble Wiki, онлайновый проект с открытым исходным кодом. В вики говорится, что она направлена ​​на то, чтобы помочь «пузырям» создать «идеальный пузырь», отделяя факты от фольклора относительно рецептов и ингредиентов для изготовления мыльных пузырей.

    Помимо воды и жидкости для мытья посуды, рецепты мыльных пузырей Wiki обычно включали полимер - вещество, состоящее из длинных цепочек повторяющихся молекул. Наиболее распространенными полимерами в рецептах были натуральный гуар, порошок, используемый в качестве добавки в некоторые продукты питания, или промышленный полиэтиленгликоль (ПЭО), смазка, используемая в некоторых лекарствах. Руководствуясь рекомендациями вики, Бертон проводил лабораторные эксперименты вместе с двумя студентами-соавторами, которые с тех пор закончили университет: Стивеном Фрейзером, получившим степень магистра физики в мае и первым автором, и студентом Синьи Цзян.

    «Мы начали делать пузыри и лопать их, записывая скорость и динамику этого процесса», - говорит Бертон. «Сосредоточение внимания на жидкости в самые тяжелые моменты может многое рассказать о ее физике».

    Мыльные пленки поглощают инфракрасный свет, поэтому исследователи просвечивали его сквозь пузырьки, чтобы измерить толщину пленки. Они также измерили молекулярную массу различных полимеров, которые использовали в рецептах пузырей. И они позволяют гравитации стягивать капли различных мыльных пленок с сопла, чтобы измерить, как долго образовавшаяся нить жидкости может протянуться между соплом и каплей, прежде чем разорваться.

    Результаты показали, что полимеры были ключевым ингредиентом для создания колоссальных пузырей. Длинные волокнистые нити полимеров позволяют пузырькам плавно течь и растягиваться, не лопаясь.

    «Полимерные нити запутываются, что-то вроде комка шерсти, образуя более длинные нити, которые не хотят разламываться», - объясняет Бертон. «В правильной комбинации полимер позволяет мыльной пленке достигать« зоны наилучшего восприятия », которая является вязкой, но также эластичной - только не настолько эластичной, чтобы она могла разорваться.«

    Работа подтверждает то, что уже поняли многие опытные «барботеры» - хороший рецепт гигантского мыльного пузыря должен включать полимер.

    «Мы применили физику, чтобы объяснить, почему и как полимеры могут заставить жидкую пленку растягиваться до 100 квадратных метров без разрушения», - говорит Бертон.

    Физики также обнаружили, что изменение молекулярных размеров полимеров помогает укрепить мыльную пленку. Это открытие произошло случайно.

    Исследователи работали над проектом более года и хранили несколько контейнеров с ПЭО, которые они купили.Они поняли, что ПЭО из контейнеров, которые были выдержаны около шести месяцев, дает более прочную пленку мыльных пузырей по сравнению с ПЭО из контейнеров, которые использовались при первой покупке. Проведя исследование, они поняли, что полимеры в состаренном ПЭО со временем разложились, изменяя длину молекулярных цепей.

    «Полимеры разных размеров запутываются даже сильнее, чем полимеры одного размера, что увеличивает эластичность пленки», - говорит Бертон. "Это открытие фундаментальной физики.«

    Понимание того, как жидкости и тонкие пленки реагируют на нагрузку, по словам Бертона, может привести к целому ряду применений, таких как улучшение потока промышленных материалов по трубам или очистка от токсичных пен.

    «Как и во всех фундаментальных исследованиях, вы должны следовать своим инстинктам и сердцу», - говорит Бертон о своей одиссее с мыльными пузырями. «Иногда ваш пузырь лопается, но в этом случае мы обнаружили кое-что интересное».

    Рецепт гигантского пузыря

    Burton рекомендует следующий рецепт надувания гигантских мыльных пузырей.Однако он предупреждает, что факторы, которые нельзя контролировать за пределами лаборатории, например уровень влажности, могут повлиять на результаты.

      1 литр воды (около 2 пинт)

      50 миллилитров профессионального моющего средства Dawn, доступного в Интернете (чуть более 3 столовых ложек)

      2-3 грамма порошка гуара, продаваемого во многих продуктовых магазинах (около ½ чайной ложки с горкой)

      50 миллилитров медицинского спирта (чуть более 3 столовых ложек)

      2 грамма разрыхлителя (около ½ чайной ложки)

    Смешайте гуаровую пудру со спиртом и перемешивайте, пока не исчезнут комочки.Смешайте спиртово-гуаровую суспензию с водой и аккуратно перемешивайте в течение 10 минут. Дайте ему немного постоять, чтобы гуар увлажнил. Затем снова перемешайте. Добавьте разрыхлитель и перемешайте. Добавьте моющее средство и осторожно перемешайте, чтобы не образовалась пена.

    Окуните в смесь палочку с гигантскими пузырями с волокнистой нитью до полного погружения. Медленно снимите шнур и осторожно взмахните палочкой или подуйте на мыльную пленку. Наслаждайтесь физикой гигантских мыльных пузырей!

    .

    Исследователи решают математическую задачу, проиллюстрированную мыльными пленками, натянутыми на гибкие петли

    Эта мыльная пленка, содержащаяся в металлическом стержне, имеет стыки, где встречаются несколько мыльных пленок. В 2014 году профессор Дженни Харрисон из Калифорнийского университета в Беркли расширила решение проблемы Плато, чтобы учесть более сложные формы мыльной пленки, такие как эта. Предоставлено: Окинавский институт науки и технологий.

    Мыльные пузыри, которые часто используются для развлечения детей, представляют собой тонкие светоотражающие пленки, которые обычно держатся всего за несколько секунд, прежде чем лопнут.Но помимо развлечения, мыльные пузыри являются физическим примером богатой математической проблемы минимальных поверхностей; они принимают форму с наименьшей возможной площадью поверхности, содержащей данный объем. Исследователи из Окинавского института науки и технологий Аспирантуры (OIST) недавно разработали решение математической задачи, известной как проблема Кирхгофа-Плато, которую можно просто проиллюстрировать с помощью мыльных пленок, охватывающих гибкие петли.

    «Наше решение проблемы Кирхгофа – Плато дает прекрасные математические результаты, близкие к тому, что происходит в физическом мире», - говорит д-р.Джулио Джустери, соавтор статьи, недавно опубликованной в Journal of Nonlinear Science. Д-р Джустери работал с профессором Элиотом Фридом, который возглавляет Отделение математической мягкой материи OIST, и доктором Лукой Луссарди из Университета Каттолика дель Сакро Куоре в Италии.

    Вопрос, на который ответила команда, представляет собой вариант «проблемы Плато», многовековой математической задачи, названной в честь бельгийского физика 19 века Джозефа Плато. Плато предположил, что когда вы погружаете жесткий проволочный каркас в мыльный раствор, поверхность мыльной пленки, образующейся на каркасе, представляет собой минимально возможную математически возможную площадь независимо от формы кадра.

    Первое удовлетворительное решение проблемы Плато было предложено в 20-м веке американским математиком Джесси Дугласом, за что он был награжден медалью Филдса в 1936 году. Совсем недавно, в 2014 году, профессор Дженни Харрисон из Калифорнийского университета в Беркли расширила работу Дугласа, предоставив доказательство, действительное при общих гипотезах, охватывающих, например, ситуации, в которых присутствуют стыки, когда несколько мыльных пленок встречаются друг с другом.

    Мыльные пленки, содержащиеся в гибкой петле, оказывают на петлю силу, заставляя ее менять форму.Например, одна и та же петля может образовывать форму звезды или лебедя в зависимости от поверхностного натяжения мыльной пленки. Предоставлено: Окинавский институт науки и технологий.

    В отличие от задачи Плато, в которой мыльная пленка охватывает фиксированный кадр, проблема Кирхгофа-Плато касается равновесных форм мыльных пленок, охватывающих гибкие петли, например, из лески, которые можно описать с помощью теории Кирхгофа. стержней - модель, которая обеспечивает мощный подход к изучению статики и динамики тонких упругих стержней.Сложность заключается в том, что гибкая петля может менять форму в ответ на силу, оказываемую мыльной пленкой. Таким образом, решение проблемы требует определения не только формы мыльной пленки, но и формы ограничивающей петли. Напротив, форма границы в исходной задаче Плато известна, потому что она сделана из жесткой проволоки, которая остается зафиксированной против относительно слабых сил мыльной пленки.

    Дополнительная сложность, связанная с проблемой Кирхгофа-Плато, заключается в том, что в отличие от исходной задачи Плато, в которой граница считается одномерной, стержень Кирхгофа является трехмерным объектом.Хотя нити, такие как леска, тонкие, они на порядки толще, чем мыльная пленка в равновесии, а это означает, что площадь мыльной пленки может изменяться в зависимости от точки, в которой пленка контактирует с петлей.

    Исследователи успешно перевели все эти физические эффекты в математические термины. Как объясняет профессор Фрид: «Независимо от того, насколько сильна конкуренция между поверхностным натяжением мыльной пленки и упругим откликом петли, система всегда может приспособиться к конфигурации с наименьшей энергией.«

    Решение проблемы Кирхгофа-Плато не только способствует пониманию математических форм минимизации энергии, но также может быть применено к биологическим системам. Например, это может помочь нам понять, как форма белка определяет, как он взаимодействует с поверхностью и связывается с ней.

    Сейчас команда работает над компьютерным моделированием, которое на основе этой математической модели может предсказывать поведение физических систем.


    Сдвиг границ и изменение поверхностей
    Дополнительная информация: Джулио Г.Giusteri et al. Решение проблемы Кирхгофа – Плато, Journal of Nonlinear Science (2017). DOI: 10.1007 / s00332-017-9359-4 Предоставлено Окинавский институт науки и технологий

    Ссылка : Исследователи решают математическую задачу, иллюстрируемую мыльными пленками, натянутыми на гибкие петли (2017, 31 марта) получено 16 сентября 2020 с https: // физ.org / news / 2017-03 -matic-problem-soap-spanning-flexible.html

    Этот документ защищен авторским правом. За исключением честных сделок с целью частного изучения или исследования, никакие часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в информационных целях.

    .

    Смотрите также



    Образ невесты Подготовка к свадьбе Организация свадьбы Развлечения на свадьбе Поздравления и тосты на свадьбу Свадебные приметы, горосокопы и гадания
    Club Brides - Клуб Невест

    Как показывают статистика и практика, в подавляющем большинстве случаев именно невеста является главным идеологом и главной движущей силой процесса подготовки к свадьбе.
    Как подобрать счастливую дату свадьбы, как стильно и оригинально оформить свадебные приглашения, как выбрать самое красивое свадебное платье, какую сделать прическу, каким должен быть букет невесты, во что одеть подружек невесты, где организовать банкет, как оформить банкетный зал, какого фотографа и видеооператора пригласить… Вопросов при подготовке к свадьбе возникает сотни… Без совета и помощи не обойтись.
    Свадебный портал «Клуб Невест» (Club Brides) посвящен всем самым главным вопросам, которые возникают у будущих молодоженов в процессе подготовки к свадьбе, а также всем тем вопросам и нюансам, которые необходимо учесть, чтобы свадьба стала действительно красивым, ярким, веселым и запоминающимся событием.
    Мы подскажем вам, как подобрать счастливую дату свадьбы, как стильно и оригинально оформить свадебные приглашения, как выбрать самое красивое свадебное платье, какую сделать прическу, каким должен быть букет невесты, во что одеть подружек невесты, где организовать банкет, как оформить банкетный зал, какого фотографа и видеооператора пригласить и многое-многое другое…


    2015- © Club Brides - Клуб Невест | Содержание | Карта сайта
    Копировать материалы без размещения прямой активной ссылки на CLUBBRIDES.RU запрещено!