La película de las pompas de jabón es muy fina, sólo del orden de micras o submicras. Cuando la luz incide sobre una película, se producen dos procesos: transmisión y reflexión. La interferencia está relacionada con la reflexión. Cuando la luz restante entra en la película, el primer reflejo de la luz se produce en la primera superficie y el segundo reflejo se produce en la segunda superficie. Como resultado, las dos luces reflejadas se superponen e interfieren, formando una nueva longitud de onda de luz. Cuando la película cumple ciertas condiciones, las dos luces reflejadas con una determinada longitud de onda se cancelarán entre sí y el color complementario de la luz compensada aparecerá en la película. Debido al efecto de la gravedad, el espesor de la película en diferentes lugares es diferente y la longitud de onda de la interferencia también es diferente, por lo que veremos diferentes colores de luz de relleno en diferentes lugares.
La razón por la que las pompas de jabón se colorean:
La película de jabón en sí es incolora, como el celofán transparente, y la luz del sol se reflejará en la parte frontal y posterior de la película de jabón. La luz del sol pasa por el frente y se refleja inmediatamente cuando llega a la parte posterior; la luz reflejada regresa al frente, provocando algunos reflejos. Dado que la luz del sol se compone de siete colores individuales, si las dos luces rojas reflejadas se anulan entre sí en algún lugar de la película de jabón, entonces lo que ves aquí es luz del sol sin la luz roja, que parece azul verdosa. En otra parte, la luz de un color se realza para que parezca de otro color. Así es como las pompas de jabón descomponen la luz solar y aparecen en una variedad de colores.
De hecho, este fenómeno no sólo lo provocan las pompas de jabón, sino también la luz que penetra en cualquier película transparente. Por ejemplo, a menudo vemos películas de aceite en el agua, alas de libélulas o moscas, películas de CD, etc. , aparecerá colorido bajo la luz del sol. Este principio es el mismo que el del color de las pompas de jabón. Esto se debe a que la luz del sol se compone de siete colores: rojo, naranja, amarillo, verde, cian, índigo y violeta. Cuando se refleja hacia adelante y hacia atrás en el anverso y el reverso de la película, debido a que la distancia entre los dos lados es extremadamente pequeña, los dos haces de luz reflejados en el anverso y el reverso pueden superponerse, de modo que algunos de los siete colores de La luz del sol se intensificará en diferentes espesores, algunas se debilitarán o incluso se anularán entre sí. Como resultado, algunos lugares de la película aparecen rojos, otros aparecen azules y otros aparecen de otros colores, por lo que vemos una variedad de colores. También llamado color de película. Este fenómeno se llama interferencia óptica. ¡Resulta que este es el fantasma del sol! ¡La naturaleza realmente contiene muchos misterios esperando que los exploremos!
La razón por la que las pompas de jabón siguen cambiando:
De hecho, todo se debe a un fenómeno óptico llamado "interferencia de película delgada". Solemos utilizar detergente (líquido para lavar platos, detergente en polvo, etc.) mezclado con agua en una determinada proporción para hacer pompas de jabón, por lo que la espuma es una fina película de agua envuelta por moléculas de detergente. Entonces, ¿qué sucede cuando la luz incide sobre esta fina capa de agua?
El aire y el agua son medios transmisibles de luz y su unión se denomina "interfaz". Cuando la luz encuentra una interfaz, parte de ella se refleja hacia atrás y otra parte continúa hacia adelante y se refracta. Por ejemplo, si insertamos un palillo en el agua, si lo miramos de lado, encontraremos que el palillo en el agua está curvado, lo cual es refracción y cuando miramos hacia la superficie del agua, si el ángulo; Así es, también podemos ver la imagen especular del palillo, que es el reflejo. Esta fina película de agua que forma las pompas de jabón tiene dos interfaces "aire-agua": cuando la luz del aire encuentra la película de agua, la primera interfaz "aire-agua", parte de ella se refleja y parte se refracta; La parte refractada atraviesa la película de agua y encuentra la segunda interfaz "aire-agua". En este momento, parte de la luz se refleja hacia atrás, mientras que otra parte de la luz lo atraviesa y regresa al aire. De esta manera, parte de la luz se reflejará hacia adelante y hacia atrás muchas veces antes de abandonar la película de agua.
La luz tiene una propiedad: múltiples ondas de luz en el mismo lugar sumarán sus intensidades. Este fenómeno se llama "interferencia" y es un efecto de "la misma fase es más fuerte y la fase opuesta se anula": si el valor máximo de un haz de luz se superpone al valor máximo de otro haz de luz, el El resultado será más fuerte; y si un rayo de luz se superponen, la cresta de la onda y el valle de otro rayo de luz, y el resultado es que se anulan entre sí. Estos dos fenómenos se denominan interferencia constructiva e interferencia destructiva respectivamente. La luz reflejada en la película de pompas de jabón interfiere. Pero en términos generales, la interferencia constructiva total y la interferencia destructiva total son dos extremos, y la situación de interferencia real estará en algún punto intermedio.
Además, la interferencia real está relacionada con la longitud de onda de la luz (es decir, el color) y el espesor de la película, lo que debilita la luz reflejada de ciertos colores y realza la luz reflejada de ciertos colores. Como resultado, la película produjo colores cambiantes en lugar de luz solar "blanca".
Cuando se sopla una pompa de jabón, no es sólida, pero el grosor de la burbuja sigue cambiando. Bajo la acción de la gravedad, el agua en la parte superior de la burbuja fluirá hacia ambos lados, haciendo que la parte superior de la burbuja se vuelva más delgada que la parte inferior y, al mismo tiempo, el agua de la burbuja se evaporará; En términos generales, las burbujas se volverán gradualmente más delgadas después de ser expulsadas y finalmente serán tan delgadas que no podrán soportar el impacto de la presión externa y explotarán. A medida que la pompa de jabón se adelgaza, la interferencia de la película también cambia, lo que hace que la superficie de la pompa de jabón muestre colores cambiantes.
No sólo podrás admirar las coloridas pompas de jabón, sino que también podrás deducir el grosor de las burbujas por sus colores. Los resultados de la simulación por computadora muestran que la relación entre el color de la luz reflejada en la superficie de la burbuja, el ángulo de la luz incidente y el espesor de la película también es como un arco iris brillante.
Películas gruesas, sus colores reflejados alternan básicamente entre el rojo claro y el verde. Sin embargo, cuando el espesor de la película cae por debajo de 500 nm, comienzan a aparecer más colores y los colores se vuelven más vívidos. Por ejemplo, el dorado y el azul brillantes aparecen cuando el espesor de la película está entre 100 nm y 450 nm. Este espesor es sólo el uno por ciento del diámetro de un cabello. Si es más delgada, la película se oscurecerá gradualmente hasta alcanzar un color gris negruzco. Esto se debe a que la película es demasiado delgada en este momento para interferir efectivamente con la luz visible. La mayor parte de la luz se "pierde" a través de la película, por lo que básicamente no hay luz reflejada y aparece de color gris oscuro. En este momento, la pompa de jabón no está lejos de estallar.
Entonces, cuando veas las brillantes rayas doradas y azules en la espuma, sabrás que va a fallar. Si desea soplar más burbujas en la burbuja, es mejor pinchar desde las áreas de color rojo claro y verde claro, porque allí solo la película de burbujas es más gruesa y puede resistir el golpe.
El fenómeno de la interferencia de membranas no se limita a las pompas de jabón. Cualquier película transparente con un espesor similar a la longitud de onda de la luz visible producirá interferencias en las condiciones adecuadas. Por ejemplo, la película de aceite en el estanque también mostrará colores iridiscentes; la superficie de las lentes de las cámaras, las gafas anti-luz azul y las hojas quemadas también mostrarán colores especiales. Detrás de estos colores se esconde en realidad el efecto de la interferencia de una película fina.
Hoy en día, existen muchos amantes de las pompas de jabón en el mundo. Han establecido organizaciones globales como la Asociación Internacional de Artistas de Burbujas, dedicadas a explorar la receta secreta para hacer burbujas más grandes con agua y jabón, e incluso batir constantemente el récord mundial Guinness de tamaño de burbuja, respondiendo a su anhelo y anhelo de burbujas grandes en su niñez. .
Las pequeñas pompas de jabón esconden los secretos de la naturaleza. Los físicos pueden estudiar la tensión superficial, los matemáticos pueden estudiar la superficie más pequeña, los biólogos pueden estudiar el mecanismo bioquímico de las películas delgadas en los organismos vivos y los mecánicos pueden usarlos para estudiar la estructura inflable de las películas delgadas... Las pompas de jabón han logrado grandes logros en el campo científico. investigación, que dio mucha inspiración a los científicos.
Por ejemplo, a principios del siglo XX, cuando el erudito alemán Prandtl estaba estudiando la torsión de un cilindro elástico, descubrió que las ecuaciones satisfechas por la función de tensión en el cilindro son las mismas que las ecuaciones satisfechas por la película bajo su propio peso. No hace mucho, Hamid Kelly, experto en mecánica de fluidos de la Universidad de Burdeos (Francia), consideró las pompas de jabón como un modelo ideal para estudiar los fenómenos atmosféricos y planteó su propia conjetura sobre las leyes generales de la evolución de los ciclones. Incluso un artículo basado en pompas de jabón, "Observaciones sobre flujos de luz ramificados", apareció en la portada de Nature, demostrando que las pompas de jabón todavía tienen muchos secretos que vale la pena explorar.
Como dijo el famoso físico británico Kelvin: "Sopla una pompa de jabón y obsérvala. Pasarás toda la vida estudiándola y te llevará a una lección de física tras otra. La naturaleza es maravillosa y divertida". Vale la pena toda una vida de exploración.
Origen del jabón chino:
El jabón es un detergente sintético que apareció en la dinastía Song. Se elabora triturando langosta de jabón natural (también conocida como langosta de jabón, cuchillo colgante y langosta de jabón, comúnmente conocida como langosta de jabón), agregando especias para hacer una bola del tamaño de una naranja, que se usa especialmente para lavar la cara y bañar el cuerpo. , comúnmente conocida como "bola de jabón". El cuidadoso "Old Martial Arts" (Volumen 6) "Little Broker" de la dinastía Song registra que había un hombre de negocios especializado en "bolas de masa de jabón" en Lin'an, la capital de la dinastía Song del Sur.
El "Compendio de Materia Médica" escrito por Li Shizhen en la dinastía Ming registra el método de producción de la "acacia": la acacia crece en montañas altas, con árboles altos, hojas como sándalo y acacia, y florece en Mayo y junio Las vainas tienen de tres a cuatro centímetros de grosor y son carnosas, en su interior hay varias manchas, del tamaño de un dedo, no redondas, y en su interior hay granos blancos, que son comestibles. Recoja las vainas en octubre, hiérvalas y tritúrelas, y prepare pastillas aromáticas de harina blanca para bañar el cuerpo para eliminar la suciedad e hidratar, que es mejor que la miel de langosta. Además del jabón natural de langosta, la jabonosa y otras plantas también son populares entre la gente y se convierten en buenos agentes de limpieza.
En Occidente, puede remontarse a una antigua isla griega llamada Lesbos hace 4.000 años. La población local sacrifica animales al cielo. Debido a que la madera se utiliza para quemar animales, la ceniza de la madera mezclada con la grasa animal crea una sustancia jabonosa de color amarillo. Las fuertes lluvias arrastraron estos artículos al río donde las mujeres locales a menudo lavaban su ropa y descubrieron que su ropa estaba más limpia. Aunque se pueden encontrar rastros del uso de jabones similares en la antigua Grecia, una poeta llamada Safo (Aponificación) registró estas historias en la historia. Para conmemorarla, la gente más tarde llamó a este proceso saponificación y el nombre químico se llamó producción de base de jabón. Además, en el año 3000 a.C., los mesopotámicos descubrieron que las sustancias alcalinas contenidas en las cenizas de las plantas quemadas tenían poder descontaminante cuando se mezclaban con aceite, que también era una de las fuentes de jabón.
Sin embargo, probablemente los galos fueron los primeros en intentar y conseguir fabricar jabón. En aquel entonces al jabón lo llamaban "sapo". En aquella época, el jabón era una sustancia parecida a un ungüento que contenía grasas animales y cenizas vegetales. A medida que el método de elaboración del sabo se extendió gradualmente a la región mediterránea, los árabes modificaron el sabo para convertirlo en un jabón duro elaborado con aceite de oliva y soda. En esta época se empezó a producir jabón en masa. El jabón fue muy utilizado en los siglos XVIII y XIX.
Tras el advenimiento de la Revolución Industrial a finales de 18 años, se obtuvo una gran cantidad de carbonato de sodio barato, lo que impulsó el nuevo desarrollo de la industria del jabón. Sin embargo, a mediados del siglo XX, el desarrollo de la química sintética y la industria petroquímica proporcionó materias primas químicas baratas para los detergentes, promovió el auge de los detergentes sintéticos y cambió en gran medida el desarrollo de la industria del jabón. Sin embargo, los jabones artesanales, que han quedado desatendidos en los últimos años, están volviendo a estar en auge. Debido a sus propiedades naturales y únicas, el jabón hecho a mano es fácilmente biodegradable y fácilmente descompuesto por microorganismos durante el proceso de tratamiento de aguas residuales, por lo que no causará problemas de contaminación en ríos, lagos y vías fluviales.