Чому мильні бульбашки є різнокольоровими
Для початку розберемося в тому, як утворюється бульбашка, адже це теж дуже цікаво пояснюється з точки зору фізики і ця інформація важлива для розуміння пояснення процесу утворення на ній райдуги. І так, бульбашка з води нестабільна і швидко лопається. Інша справа, якщо у воді розчинити трохи поверхнево-активної речовини (ПАР), наприклад мила. Молекули ПАР мають дві сторони: одна відштовхує воду (гідрофобна), інша до неї притягується (гідрофільна). Коли ми намилюємо руки, молекули бруду чіпляються до гідрофобного кінця, а гідрофільна сторона прикріплюється до води і захоплює у себе молекули мила разом із частинками бруду. Але як утворюються бульбашки? У товщі води молекули притягуються одна до одної і рівномірно розподіляються. На поверхні все інакше. Там молекули тісно взаємодіють із сусідами всередині рідини, але дуже слабко – з молекулами повітря. Іншими словами, вони притягуються сусідами знизу та збоку, а зверху – ні. Тому поверхня поводиться як розтягнута еластична плівка.
Розчинені в рідині ПАРи прагнуть поверхні (адже одна сторона такої молекули «боїться» води). Замінюючи молекули води на поверхні, вони знижують поверхневе натяг, що дозволяє площі поверхні збільшуватися. Коли ми надуємо бульбашку, тонка плівка рідини утворюється між двома шарами молекул ПАРи (вони прагнуть відійти назовні). Оскільки зі всіх фігур однакового обсягу саме сфера має найменшу площу (а отже, найенергетичніше вигідна), бульбашка набуває сферичної форми.
Мильні бульбашки можуть набувати форму об`єкта з мінімальною площею поверхні. Цю особливість використовують для вивчення розтяжних структур, які застосовуються при будівництві надлегких дахів, мостів та каркасу кораблів. Що це дає? Мінімальні витрати будівельних матеріалів за достатньої стійкості. Так, німецький архітектор Фрай Отто, натхненний мильними бульбашками, використовував мембранні поверхні під час будівництва олімпійського стадіону в Мюнхені 1972 року.
Мильні бульбашки мають райдужне забарвлення. Причину цього явища пояснив Ісаак Ньютон на початку XVIII століття: справа в інтерференції — накладення світлових хвиль. Коли світло падає на поверхню мильної бульбашки, частина хвиль відбивається від зовнішньої сторони мильної плівки, а інша проходить через неї, заломлюється та відбивається від внутрішньої поверхні. Коли ці хвилі зустрічаються з відбитими від зовнішньої поверхні, їх гребені та западини не завжди збігаються. Якщо збігаються, то хвилі посилюють одна одну, якщо ні – послаблюють. Товщина плівки неоднакова, тому промені, що відбилися від внутрішньої стінки, мають різну довжину хвилі. У результаті бачимо інтерференційну картину – різнокольорову бульбашку.
Можна помітити, що дані кольори постійно змінюються, замінюючи один одного. Пояснимо це. Під дією сили тяжіння вода на плівці стікає вниз, утворюючи характерні вихрові течії, в яких також видно химерні кольорові плями. А незадовго до того, як лопнути, мильна бульбашка взагалі втрачає колір, тобто стає прозорою. Чому? Чим тонший водяний шар, тим менше зсув фази у відбитого променя і менше змінюється колір в результаті інтерференції. Отже, вхідне біле світло відбивається без змін. Товщина стінки бульбашки дорівнює приблизно 25 нанометрів, але перед зникненням вона тоншає до граничних 10 нанометрів (у 1000 разів тонше за людське волосся). А це дуже мало, щоб отримати інтерференцію.
