1 Oxford St Cambridge MA 02138 Science Center B-08A (617) 495-5824

introduceți criteriile de căutare în caseta de căutare

Ce arată:

Valurile care se reflectă de pe două suprafețe pot interfera constructiv și distructiv. În acest caz, undele de lumină sunt reflectate de pe suprafețele din față și din spate ale peliculelor subțiri de săpun sau ulei. Interferența produce un model de culori frumoase în lumina albă sau benzi întunecate și luminoase în lumină monocromatică.

Cum functioneaza:

Cele două imagini cele mai dramatice din punct de vedere vizual ale interferenței cu peliculă subțire folosesc fie o peliculă de săpun suspendată în aer de un cadru circular cu diametrul de 19 cm, fie un strat foarte subțire de ulei plutind deasupra apei.

Film de săpun

Demonstrația filmului de săpun este o replicare în direct a experimentului descris și ilustrat în Physical Science Study Committee Physics. 1

naturale

Presupuneți o iluminare monocromatică. Lumina reflectată de pe suprafețele din față și din spate a filmului se vede că suferă interferențe constructive și distructive, în funcție de grosimea peliculei de săpun. Reflecția de pe suprafața frontală este așa-numita „reflexie dură” și are ca rezultat o schimbare de fază la 180 °, deoarece lumina se deplasează de la un mediu cu indice de refracție scăzut (aer) la un mediu de refracție mai mare (folie de săpun). Trecând de la săpun la aer, reflexia de pe suprafața din spate este o „reflexie moale” și nu este însoțită de inversarea fazei. Prin urmare, în partea superioară a peliculei de săpun, unde grosimea filmului este mult mai mică decât lungimea de undă a luminii (și, astfel, diferența de traiectorie dintre reflexiile suprafeței frontale și posterioare este mică în comparație cu lungimea de undă), nu se observă nicio peliculă de reflexie. întuneric) datorită anulării celor două valuri.

Folia de săpun crește în grosime spre fund. Astfel, reflexiile din fața și din spatele filmului de săpun suferă treptat schimbări de fază din ce în ce mai mari. De exemplu, în cazul în care grosimea este de 1/4 lungime de undă, calea din pelicula de săpun este cu 1/2 lungime de undă mai mare decât reflexia suprafeței frontale (presupunând o incidență normală), punând cele două reflexii în fază și dând astfel o intensitate maximă a luminii reflectate. Pe măsură ce continuăm să creștem grosimea, fiecare 1/4 lungime de undă crește în grosime ne mutăm dintr-o regiune fără reflexie într-o regiune de reflexie maximă la o reflexie din nou etc.

Situația este puțin mai complicată în lumina albă, deși mult mai frumoasă. Reflecția maximă apare atunci când grosimea este (1/4) λ, (3/4) λ, (5/4) λ. pentru o culoare dată. După cum se explică în (Newton's Rings), primul maxim de lumină reflectată este în esență albă, iar benzile succesive prezintă tot mai multă culoare.

Film cu ulei

Pentru experimentul cu film de ulei, o picătură de terebentină este stoarsă dintr-un picurator pe suprafața apei. Picătura se răspândește rapid într-o peliculă subțire care prezintă inele de culoare care apoi evoluează rapid în modele aleatorii în mișcare de culori strălucitoare. Este o frumoasă versiune animată a petelor colorate de ulei pe care uneori le vedeți pe stradă. Am măsurat indicele de refracție al terebentinei la 1,52; astfel, la fel ca experimentul filmului de săpun, lumina suferă o reflexie dură și moale de la suprafețele superioare și respectiv inferioare.

Configurarea acestuia:

Cutia de lumină, suportul pentru rama filmului de săpun și camera video ocupă toate un coș demonstrativ. Pozițiile lor relative trebuie aranjate cu atenție înainte de prelegere, deoarece iluminarea, punctul de vedere și alegerea obiectivului sunt cruciale. Poziționați camera și camera de iluminat la aproximativ 45 ° față de planul filmului de săpun; fundalul din spatele foliei de săpun trebuie să fie cât mai întunecat. Alegeți distanța corespunzătoare a obiectivului și a camerei, astfel încât întreaga ramă de film săpun să umple monitorul. 2 Tigaia cu soluție cu bule de săpun servește și ca tigaie de picurare sub suportul pentru film de săpun.

Multe rețete pentru soluții cu bule de săpun au fost publicate și toate vor face treaba. Cu toate acestea, soluțiile mai groase (de obicei cele care au multă glicerină sau chiar zahăr) nu vor arăta modelul uniform de bandă și tind să afișeze modele de convecție și vârtejuri mai dinamice. Acestea sunt foarte frumoase, dar soluțiile mai subțiri vor oferi tipul de model de interferență descris mai sus. Folosim o rețetă din Exploratorium care necesită 2/3 cană de săpun de spălat vase Dawn ™, 2 până la 3 linguri de glicerină și un galon de apă (lăsați să stea peste noapte). Cât durează pelicula de săpun pe cadru înainte de rupere depinde foarte mult de umiditatea relativă din cameră - filmele de săpun nu durează mult atunci când umiditatea relativă este sub 50%. Cu cât este mai umed, cu atât mai bine.

Comentarii:

Dacă doriți să fiți puțin mai cantitativi în experimentul filmului cu ulei, vă recomandăm să estimați grosimea filmului. Acest lucru poate fi realizat cu ușurință prin măsurarea volumului picăturii (utilizați o micro-pipetă în loc de un picurator) și diametrul stratului de ulei circular.