Радужные плёнки | ТМ 1939-04

Э. ЗЕЛИКОВИЧ

Грязная лужа вблизи автомобильных стоянок обнаруживает иногда неожиданную и несвойственную ей, на первый взгляд, способность: её поверхность отливает чистейшими, яркими цветами радуги. Это явление наблюдается также на мыльных пузырях, на поверхности воды рек, на крыльях насекомых, на старых оконных стёклах.

Проделайте такой опыт. Опустите в миску с водой каплю керосина. Капля растечётся по поверхности воды, и через некоторое время слой керосина засияет великолепными красками радуги. Однако ни в грязной воде, ни в мыльном растворе нет ничего хоть отдалённо напоминающего богатое разнообразие цветов спектра. В чем же тогда причина этого явления?

Во всех перечисленных случаях мы имеем дело с очень тонкой прозрачной плёнкой. Как известно, луч света состоит из ряда электромагнитных волн, имеющих различную длину. Поэтому световые волны вызывают в нашем глазу ощущение различных цветов. Так, длина волны примерно в:

770 миллимикронов соответствует красному цвету,
530 ..... зелёному цвету,
395 ..... фиолетовому и т. д

Луч света, состоящий из волн разнообразной длины — от 770 до 395 миллимикронов, производит в глазу ощущение белого цвета. Если устранить из этого луча волны, длина которых соответствует, например, красному цвету, то смесь оставшихся лучей даст зеленовато-синий цвет. Заметив это, проследим путь луча, упавшего на тонкую прозрачную плёнку. Рассмотрим вкратце принципиальную сторону явления, схематически изображённого на рисунке 1.

Рис. 1

На тонкую плёнку падают одновременно два луча. Луч АБ, отразившись частично в точке Б, направится по БД.

Но частично он проникнет в глубь плёнки и, отразившись от её внутренней поверхности в точке О, направится по ОГЕ.

Второй луч, ВГ, отразившись в точке Г, направится тоже по ГЕ.

Таким образом, по линии ГЕ идут одновременно два слившихся луча, попавших на эту линию двумя путями — АОЕ и ВГЕ. Путь первого луча длиннее пути второго. Но прохождение излишка пути требует дополнительного времени, вследствие чего первый луч выйдет из точки Г позже второго. Поэтому отдельные волны первого луча будут отставать на линии ГЕ от соответствующих волн второго луча.

Рассмотрим случай, при котором длина дополнительного пути, проходимого первым лучом, равна длине одной световой волны красного света (рис. 2).

Рис. 2

Волны обоих лучей ГЕ, соответствующие красному свету, сместятся друг относительно друга на целую фазу. При этом одинаковые фазы волн красного света совпадут: гребни окажутся против гребней и ложбины против ложбин. Такое взаимодействие волн (интерференция) вызывает усиление света, в данном случае красного.

Вдвое более короткие волны обоих лучей фиолетового света сместятся друг относительно друга уже на целые две фазы. Эффект будет тот же: совпадение одинаковых фаз и, следовательно, усиление фиолетового света.

Однако волны лучей зелёного света сместятся в этом случае друг относительно друга на полторы фазы. Это даст совпадение уже не одинаковых, а противоположных фаз. Гребни волн одного луча совпадут с ложбинами волн другого, и наоборот. При таком взаимодействии волны уничтожают друг друга, т. е. зелёный цвет выпадает из белого луча, и смесь лучей оставшихся цветов будет уже не белой, а пурпурно-фиолетовой.

Толщина какой-либо тонкой плёнки не всюду одинакова; в разных местах плёнки погашаются волны лучей различных цветов, поэтому поверхность плёнки может отливать не каким-либо одним цветом, а всей богатой гаммой спектра.

Описанный случай интерференции света рассмотрен здесь лишь элементарно, в общих чертах. В действительности же это явление значительно сложнее. Лучи света испытывают на плёнке многократное отражение. Кроме того, входя и выходя из неё, они каждый раз преломляются. Однако сказанное в достаточной мере объясняет причину возникновения даже на мутной плёнке ярких цветов радуги.