Почему бензин на лужах образует радужные пятна?
Бензин не смешивается с водой. Поэтому, попадая, например, в лужу на дороге, он растекается по её поверхности и образует тончайшую пленку. Эта пленка обладает замечательным физическим свойством — создавать вот такие радужные картины.
Почему это происходит?
Световые лучи, попадающие на бензиновую пленку, разделяются: часть луча отражается от поверхности бензиновой пленки (границы воздуха и бензина), а часть проходит через бензиновый слой, доходит до границы бензин-вода и отражается уже от этой границы (еще одна часть уходит в глубь воды, но для нашего вопроса эта составляющая значения не имеет).
В итоге получаются два отражённых луча, причем второй из них на пути к нашему глазу отстает от первого, потому что ему дважды пришлось преодолеть толщину плёнки. Эти два луча накладываются друг на друга, в результате чего в пространстве происходит перераспределение их энергии. Результирующие колебания при этом либо усиливаются, либо ослабляются. Усиление происходит, если преломленная волна 2 (см. рисунок) отстает от отраженной волны 1 на целое число длин волн. Если же вторая волна отстает от первой на половину длины волны или нечетное число полуволн, то произойдет ослабление света.
Это явление называется в физике интерференцией света.
Луч красного света, выходящий из точки Y, складывается из двух лучей:
части луча 1, прошедшей через плёнку, и части луча 2,
отражённой от внешней поверхности.
Длина пути XOY кратна длине волны падающего на плёнку света,
поэтому оба луча складываются в фазе и усиливаются.
В этом случае синие лучи при данной толщине плёнки
складываютсяв противофазе, потому что
расстояние XOY не пропорционально длине волны.
Результат — лучи складываются в противофазе
и гасятся: синий цвет не отражается от плёнки.
Для того чтобы могло происходить явление интерференции, два отражённых луча должны быть синхронными, согласованными, то есть их длины волн должны быть одинаковы, а сдвиг фазы — постоянным (физики называют такие волны когерентными). Обычные источники света не являются когерентными, потому что они состоят из большого числа атомных излучателей, работающих независимо друг от друга и несогласованно.Волны же, отраженные от наружной и внутренней поверхностей тонкой пленки, являются когерентными, потому что они являются частями одного и того же светового пучка.
Если бы лучи света имели одну длины волны, то есть были бы одноцветными (такой источник света называется монохроматическим), то интерференционная картинка выглядела бы как чередование светлых и черных полос (соответственно, интерференционных максимумов и минимумов). Но солнечные лучи — белые, в них присутствуют волны всего видимого спектра. Поэтому картина, которая получается на бензиновой пленке от солнечного света — разноцветная, радужная.
Дело в том, что разность хода лучей, отраженных от пленки, зависит от ее толщины. При определенной толщине условие максимума выполнится для какой-то длины волны, и пленка в отраженном свете приобретет цвет, соответствующий этой длине волны. Если же пленка имеет переменную толщину, а именно так обстоит дело с бензиновой плёнкой на воде, то интерференционные полосы приобретают радужную окраску, так как в разных участках плёнки условие максимума выполняется для разных длин волн.
Однако это не значит, что на плёнке с равномерной толщиной интерференцию наблюдать невозможно: ведь эффект интерференции определяется не только толщиной плёнки, но и другими факторами, например, углом падения светового пучка, показателем преломления плёнки.
Явление интерференции света можно наблюдать только в тонких пленках, толщина которых сравнима с длиной волны падающего на них света (но обязательно больше неё). Ведь свет — это сумма излучений с разной длиной волны. При прохождении через толстую пленку различия в прохождении лучей будут самые разные, и отражающиеся лучи не будут когерентными. То есть, конечно, какие-то волны будут в фазе, а какие-то — в противофазе, но некогерентных волн будет гораздо больше, и интерференционная картина просто «размажется». Тем не менее, в толстых пленках интерференцию наблюдать можно — для этого источник света должен быть монохроматическим.
Интерференцию света можно наблюдать не только на бензиновых плёнках на воде.
При разливах нефти в море водная поверхность покрывается радужными разводами — но только в тех случаях, когда нефтяная плёнка тонкая, не более микрона толщиной, то есть масштаб катастрофы относительно невелик.
Интерференция обусловливает радужные переливы на поверхности компакт-дисков.
Радужность мыльных пузырей — тоже результат интерференции. Толщина стенки мыльного пузыря немногим больше длины волн видимого спектра. По мере уменьшения толщины стенки пузырь постепенно меняет цвет. При толщине 230 нм он окрашивается в оранжевый цвет, при 200 нм — зеленый, при 170 нм — синий. Толщина пленки меняется неоднородно, поэтому она имеет пятнистый вид. Когда из-за испарения воды толщина стенки мыльного пузыря становится меньше длины волны видимого света, пузырь перестает переливаться цветами радуги, становится почти невидимым, перед тем как лопнуть — это происходит при толщине стенки примерно 20-30 нм.
Источник
Как связаны бензин и радуга в реальном мире? (2 фото)
Попадая на лужу, бензин растекается по поверхности воды, образуя тонкую пленку. Свет, который попадает на нее, разделяется. Часть луча отражается от бензиновой пленки, а часть проходит через слой бензина, достигает границы бензин-вода и отражается от нее. Один отраженный луч отстает от первого, так как он дважды преодолевает толщину пленки. Лучи накладываются друг на друга, происходит перераспределение энергии, колебания либо усиливаются, либо ослабляется.
Усиление происходит, если преломленная волна отстает от отраженной волны на целое число длин волн, а усиление наблюдается, если вторая волна отстает от первой на половину длины волны или нечетное число полуволн.
В физике это явление называется интерференцией света. Чтобы это произошло, два отраженных луча должны быть синхронными, согласованными (с одной длиной волны), а сдвиг фазы – постоянным. Волны, которые отражаются от наружной и внутренней поверхности тонкой пленки именно такие, так как являются частями одного и того же пучка света.
Если лучи света имеют одну длину волну, то есть они одноцветные, то интерференционная выглядела бы как чередование черных и светлых полос. Так как солнечные лучи белые, то в них присутствуют волны всего видимого спектра, благодаря чему на бензиновой пленке и появляются радужные разводы.
Явление можно наблюдать только в тонких пленках, толщину которых можно сравнить с длиной волны падающего на них света. При прохождении через толстую пленку будут разные различия в прохождении лучей, из-за чего интерференцию наблюдать не удастся.
Источник
Почему бензин на лужах образует радужные пятна? 1 часть (День физики)
Почему бензин на лужах образует радужные пятна? 1 часть
Бензин не смешивается с водой .
Поэтому, попадая, например, в лужу на дороге, он растекается по её поверхности и образует тончайшую пленку.
Эта пленка обладает замечательным физическим свойством — создавать вот такие радужные картины.
Почему это происходит?
Световые лучи, попадающие на бензиновую пленку, разделяются: часть луча отражается от поверхности бензиновой пленки (границы воздуха и бензина), а часть проходит через бензиновый слой, доходит до границы бензин-вода и отражается уже от этой границы (еще одна часть уходит в глубь воды, но для нашего вопроса эта составляющая значения не имеет).
В итоге получаются два отражённых луча, причем второй из них на пути к нашему глазу отстает от первого, потому что ему дважды пришлось преодолеть толщину плёнки. Эти два луча накладываются друг на друга, в результате чего в пространстве происходит перераспределение их энергии. Результирующие колебания при этом либо усиливаются, либо ослабляются. Усиление происходит, если преломленная волна 2 (см. рисунок) отстает от отраженной волны 1 на целое число длин волн. Если же вторая волна отстает от первой на половину длины волны или нечетное число полуволн, то произойдет ослабление света.
Это явление называется в физике интерференцией света .
Луч красного света, выходящий из точки Y, складывается из двух лучей:
части луча 1, прошедшей через плёнку, и части луча 2,
отражённой от внешней поверхности.
Длина пути XOY кратна длине волны падающего на плёнку света,
поэтому оба луча складываются в фазе и усиливаются.
В этом случае синие лучи при данной толщине плёнки
складываютсяв противофазе, потому что
расстояние XOY не пропорционально длине волны.
Результат — лучи складываются в противофазе
и гасятся: синий цвет не отражается от плёнки.
Источник
Почему при попадании бензина в воду, на ней появляются радужные пятна?
Бензин является веществом, которое получают в результате перегонки нефти. Оно намного легче воды, и поэтому не может с ней смешиваться. Попадая в воду, бензин создает на ее поверхности тонкую маслянистую пленку, на которой возникают радужные картины. Это происходит за счет неодинакового преломления световых лучей, которые на нее падают. Одна их часть отражается непосредственно от самой поверхности пленки, Вторая же часть проходит сквозь нее и отражается непосредственно от поверхности воды. Остальные лучи проникают в более глубокие водяные слои, но на процесс образования радужного рисунка они никакого влияния не оказывают.
Получается, что появление радужного рисунка обусловлено процессом интерференции двух типов световых лучей. При этом второй их тип попадает на сетчатку наших глаз с некоторым отставанием от первого, что обусловлено двойным их преломлением, сразу от поверхности воды, а затем и от самой пленки. В конечном итоге, лучи накладываются друг на друга, вызывая перераспределение энергии в пространстве. Если отставание второго типа лучей от первого будет равно целой длине волны, то мы будем наблюдать усиление света, Его ослабление будет в том случае, если это отставание составит половину длины волны.
Что мы получим в результате?
Световые лучи, относящиеся к красному спектру, будут усиливать друг друга. Синие же лучи, наоборот, станут гасить друг друга. Для того чтобы возникла интерференция, оба отраженных луча должны иметь одинаковую длину волны, при постоянном фазовом сдвиге. Если говорить научным языком, то волны должны быть когерентными. Обычный световой источник создать такие волны не может, так как он генерирует неоднородный световой поток. Когерентными же могут быть лишь волны, входящие в единый световой пучок.
На самом же деле, световые волны имеют различную длину, поэтому мы и воспринимаем их в разном цвете. Если бы их длина была одинаковой, то бензиновая пленка не была бы радужной, а выглядела бы, как пятно, представленное черными и белыми полосами. Мы же с вами имеем дело с белыми световыми лучами, которые составлены волнами различной длины. Вот поэтому пятно и получается разноцветным.
Если внимательно за ним понаблюдать, то можно заметить, что цветовая картинка будет постоянно меняться, что обусловлено изменение толщины бензиновой пленки и, как следствие, изменением условий преломления световых лучей. Если в данный момент ее толщина будет соответствовать длине волны определенного цветового спектра, то мы и увидим этот цвет на ее поверхности. Ну а так, как толщина пленки постоянно меняется, то будет меняться и ее цвет. В результате, мы получает нечто похожее на радугу. То есть, процесс интерференции приводит к появлению на поверхности бензиновой пленки различных по цвету полос. Но даже если толщина пленки не будет меняться, процесс интерференции не исчезнет. Все дело в том, что преломление световых лучей зависит не только от этого фактора, но также и от угла их падения.
Кроме того, интерференция может возникать лишь в том случае, если толщина пленки будет соизмерима с длиной световой волны, и не более того. В противном случае понадобится монохромный источник питания, но это уже иная история.
Источник
Вода с бензином радужная поверхность
Бензин не смешивается с водой. Поэтому, попадая, например, в лужу на дороге, он растекается по её поверхности и образует тончайшую пленку. Эта пленка обладает замечательным физическим свойством — создавать вот такие радужные картины.
Почему это происходит?
Световые лучи, попадающие на бензиновую пленку, разделяются: часть луча отражается от поверхности бензиновой пленки (границы воздуха и бензина), а часть проходит через бензиновый слой, доходит до границы бензин-вода и отражается уже от этой границы (еще одна часть уходит в глубь воды, но для нашего вопроса эта составляющая значения не имеет).
В итоге получаются два отражённых луча, причем второй из них на пути к нашему глазу отстает от первого, потому что ему дважды пришлось преодолеть толщину плёнки. Эти два луча накладываются друг на друга, в результате чего в пространстве происходит перераспределение их энергии. Результирующие колебания при этом либо усиливаются, либо ослабляются. Усиление происходит, если преломленная волна 2 (см. рисунок) отстает от отраженной волны 1 на целое число длин волн. Если же вторая волна отстает от первой на половину длины волны или нечетное число полуволн, то произойдет ослабление света.
Это явление называется в физике интерференцией света.
Луч красного света, выходящий из точки Y, складывается из двух лучей:
части луча 1, прошедшей через плёнку, и части луча 2,
отражённой от внешней поверхности.
Длина пути XOY кратна длине волны падающего на плёнку света,
поэтому оба луча складываются в фазе и усиливаются.
В этом случае синие лучи при данной толщине плёнки
складываютсяв противофазе, потому что
расстояние XOY не пропорционально длине волны.
Результат — лучи складываются в противофазе
и гасятся: синий цвет не отражается от плёнки.
Для того чтобы могло происходить явление интерференции,два отражённых луча должны быть синхронными, согласованными, то есть их длины волн должны быть одинаковы, а сдвиг фазы — постоянным (физики называют такие волны когерентными). Обычные источники света не являются когерентными, потому что они состоят из большого числа атомных излучателей, работающих независимо друг от друга и несогласованно.Волны же, отраженные от наружной и внутренней поверхностей тонкой пленки, являются когерентными, потому что они являются частями одного и того же светового пучка.
Если бы лучи света имели одну длины волны, то есть были бы одноцветными (такой источник света называется монохроматическим), то интерференционная картинка выглядела бы как чередование светлых и черных полос (соответственно, интерференционных максимумов и минимумов). Но солнечные лучи — белые, в них присутствуют волны всего видимого спектра. Поэтому картина, которая получается на бензиновой пленке от солнечного света — разноцветная, радужная.
Дело в том, что разность хода лучей, отраженных от пленки, зависит от ее толщины. При определенной толщине условие максимума выполнится для какой-то длины волны, и пленка в отраженном свете приобретет цвет, соответствующий этой длине волны. Если же пленка имеет переменную толщину, а именно так обстоит дело с бензиновой плёнкой на воде, то интерференционные полосы приобретают радужную окраску, так как в разных участках плёнки условие максимума выполняется для разных длин волн.
Однако это не значит, что на плёнке с равномерной толщиной интерференцию наблюдать невозможно: ведь эффект интерференции определяется не только толщиной плёнки, но и другими факторами, например, углом падения светового пучка, показателем преломления плёнки.
Явление интерференции света можно наблюдать только в тонких пленках, толщина которых сравнима с длиной волны падающего на них света (но обязательно больше неё). Ведь свет — это сумма излучений с разной длиной волны. При прохождении через толстую пленку различия в прохождении лучей будут самые разные, и отражающиеся лучи не будут когерентными. То есть, конечно, какие-то волны будут в фазе, а какие-то — в противофазе, но некогерентных волн будет гораздо больше, и интерференционная картина просто «размажется». Тем не менее, в толстых пленках интерференцию наблюдать можно — для этого источник света должен быть монохроматическим.
Интерференцию света можно наблюдать не только на бензиновых плёнках на воде.
При разливах нефти в море водная поверхность покрывается радужными разводами — но только в тех случаях, когда нефтяная плёнка тонкая, не более микрона толщиной, то есть масштаб катастрофы относительно невелик.
Интерференция обусловливает радужные переливы на поверхности компакт-дисков.
Радужность мыльных пузырей — тоже результат интерференции. Толщина стенки мыльного пузыря немногим больше длины волн видимого спектра. По мере уменьшения толщины стенки пузырь постепенно меняет цвет. При толщине 230 нм он окрашивается в оранжевый цвет, при 200 нм — зеленый, при 170 нм — синий. Толщина пленки меняется неоднородно, поэтому она имеет пятнистый вид. Когда из-за испарения воды толщина стенки мыльного пузыря становится меньше длины волны видимого света, пузырь перестает переливаться цветами радуги, становится почти невидимым, перед тем как лопнуть — это происходит при толщине стенки примерно 20-30 нм.
Источник
