[科普中國(guó)]-肥皂泡上那些美麗的彩色斑紋

我們常?？吹竭@樣的一些現(xiàn)象：肥皂泡在陽(yáng)光下呈現(xiàn)出五彩斑斕的色彩，水面上的油膜表面呈現(xiàn)光鮮的彩色條紋。肥皂膜和油膜本身是無(wú)色的，為何會(huì)呈現(xiàn)出如此美麗的顏色呢？其實(shí)，這是白光在透明薄膜的上、下表面反射并相互干涉的結(jié)果。

美麗而神奇的肥皂泡

流動(dòng)的彩色波紋

物理學(xué)家研究表明：光波像池塘里的水波一樣，具有波動(dòng)性。向池塘的水里投兩顆石子，產(chǎn)生的漣漪相遇，相互干涉，形成了美麗的干涉花紋。如果仔細(xì)觀察，還會(huì)發(fā)現(xiàn)這些水波某些位置處的振動(dòng)一直加強(qiáng)，而另一些位置處的振動(dòng)卻一直在減弱。

同樣的道理，當(dāng)兩束或多束頻率相同的光相遇時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生相互干涉的現(xiàn)象。某些位置處的光振動(dòng)一直在加強(qiáng)，所以此處就比較亮，稱作相長(zhǎng)干涉；某些位置處的光振動(dòng)一直在減弱，所以此處就比較暗，稱作相消干涉。值得一提的是，一定厚度的膜，僅能使一定波長(zhǎng)（顏色）的光產(chǎn)生穩(wěn)定的相長(zhǎng)干涉或者相消干涉。例如，在某處，如果僅紅色光滿足相長(zhǎng)干涉條件，那么此處就呈現(xiàn)紅色；如果此處僅有綠色光滿足相長(zhǎng)干涉條件，那么此處就只會(huì)呈現(xiàn)綠色。

肥皂膜是透明薄膜，而且有上、下兩個(gè)表面。當(dāng)太陽(yáng)光照射在肥皂膜的表面時(shí)，會(huì)分別被薄膜的上、下兩個(gè)表面反射，如此，一束光就變?yōu)閮墒嗷ジ缮娴姆瓷涔饩€。太陽(yáng)光是由紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫7種單色組成的可見(jiàn)光，由于肥皂膜在各處的厚度并不均勻，根據(jù)相長(zhǎng)干涉和相消干涉理論，在膜面厚度不同的位置上，既會(huì)有不同顏色的光滿足相長(zhǎng)干涉條件，也會(huì)有不同顏色的光滿足相消干涉條件。如此一來(lái)，陽(yáng)光中的7種單色光，在肥皂膜厚度不同的地方，就會(huì)出現(xiàn)有的會(huì)加強(qiáng)，有的會(huì)減弱，有的甚至?xí)嗷サ窒Ｔ谏时憩F(xiàn)上，也會(huì)出現(xiàn)肥皂膜上有的地方紅一些，有些地方藍(lán)一些，有些地方綠一些，有些地方又會(huì)顯出其他的顏色的情況。就這樣，肥皂膜把陽(yáng)光分解，呈現(xiàn)出五顏六色的圖案。另外，液體的流動(dòng)會(huì)導(dǎo)致薄膜厚度發(fā)生細(xì)微的變化，薄膜上的彩色斑紋也隨之流動(dòng)，因此，我們看到的彩色波紋也是流動(dòng)的。

不僅僅肥皂泡會(huì)發(fā)生這樣的現(xiàn)象，任何透明薄膜只要有光線射入，都會(huì)產(chǎn)生這樣的現(xiàn)象。例如，我們常見(jiàn)的水上的油膜、蜻蜓的翅膀、CD片等等，在陽(yáng)光的照射下，它們都會(huì)呈現(xiàn)出繽紛斑斕的色彩，其原理與肥皂泡呈現(xiàn)彩色的原理相同，這種顏色叫做薄膜色。這種現(xiàn)象稱為光的干涉。

波光粼粼

破滅的絢麗色彩

我們吹肥皂泡時(shí)，還會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)非常有趣的現(xiàn)象，剛開(kāi)始吹時(shí)，色彩并沒(méi)有那么絢麗：隨著泡泡被逐漸吹得越來(lái)越大，它的色彩也會(huì)變得越來(lái)越亮麗，直至破滅。這又是怎么回事呢？

原來(lái)，并不是所有厚度的透明膜都會(huì)發(fā)生光的干涉現(xiàn)象。如果膜過(guò)厚，膜下表面與膜上表面的反射光就不會(huì)相互干涉。當(dāng)肥皂泡被吹得越來(lái)越大時(shí)，膜也會(huì)隨著越變?cè)奖?，?dāng)能滿足光的干涉條件時(shí)，才會(huì)形成美麗的色彩和圖案。

薄膜的顏色與其厚度有關(guān)，按照這個(gè)道理，就產(chǎn)生了一些非常有趣的應(yīng)用。例如，檢驗(yàn)精密機(jī)械零件的表面是否存在瑕疵，通常的檢驗(yàn)方法是：先把被檢查的表面與一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的表面相接，然后放在光線下照射，仔細(xì)觀察兩個(gè)表面間的空氣薄膜所產(chǎn)生的彩色斑紋。如果彩色斑紋發(fā)生畸形變化，就說(shuō)明被測(cè)的表面有缺陷。然后再根據(jù)斑紋的畸變、彎曲的形狀和不規(guī)則的程度，來(lái)確定被測(cè)表面的缺陷所在位置和缺陷程度。

肥皂泡吹制器

由于肥皂泡色彩斑斕，變幻多端，非常有趣，所以吹肥皂泡就成了大家都喜歡的一種娛樂(lè)活動(dòng)。吹肥皂泡所用的工具是吹制器，其品種和做法也很多。

1.鐵絲環(huán)形吹制器

最簡(jiǎn)單的是與商品肥皂泡液一起買來(lái)的塑料吹制器。但由于肥皂泡的大小由吹制器的直徑?jīng)Q定，因此有時(shí)根據(jù)自己的需求和喜好需要自制吹制器。這個(gè)很簡(jiǎn)單，因?yàn)槎鄶?shù)環(huán)形結(jié)構(gòu)的物品都可以被采用。例如，可以用鐵絲彎成環(huán)形，并在其上加一個(gè)柄，鐵絲要足夠粗以便維持環(huán)的形狀。繞著鐵絲可以纏上棉線或紗布，以便使肥皂水更容易粘在環(huán)上。

2.“巨型肥皂泡”吹制器

KlutzPress推出的一種“巨型肥皂泡”吹制器，是采用布圈帶塑料手柄，并且還帶一個(gè)活動(dòng)的部件以便允許環(huán)輕柔的開(kāi)或閉。Klutz出售肥皂泡手冊(cè)教授技巧和有趣的想法，通常會(huì)附帶可以立即使用的肥皂泡圈。

3.肥皂泡管

還有一種是肥皂泡管，它用塑料制成，形狀像煙斗，有時(shí)還帶有多個(gè)槽。把肥皂泡溶液倒入管的槽中，在“煙嘴”吹氣槽中就會(huì)產(chǎn)生氣泡。

吹泡泡的女孩

肥皂泡表演藝術(shù)

肥皂泡喜聞樂(lè)見(jiàn)，因此肥皂泡表演也應(yīng)運(yùn)而生，它融合了娛樂(lè)和藝術(shù)創(chuàng)作。他們所需用的肥皂液是有一定的技巧和技術(shù)含量的。有些藝術(shù)家能夠吹出巨大的氣泡，能夠制成立方體、四面體和其它形體，能做成物體，甚至是人物形狀。為增強(qiáng)視覺(jué)效果，藝術(shù)家們會(huì)用煙，或者氦氣填充，并配以激光或火焰。肥皂泡還可用天然氣之類的可燃?xì)怏w填充，然后將其點(diǎn)燃，當(dāng)然這是在毀掉該肥皂泡。

吹肥皂泡現(xiàn)在已經(jīng)成了大眾化的娛樂(lè)活動(dòng)，出現(xiàn)了很多肥皂泡藝術(shù)家。美國(guó)人湯姆·諾迪（Tom Noddy）就是其中一個(gè)，他能吹出一串一串的泡泡，還能夠讓一個(gè)泡泡套著另一個(gè)泡泡，甚至還能把煙吹進(jìn)泡泡中，用以突出泡泡的形狀。他在世界的許多國(guó)家和地區(qū)都進(jìn)行過(guò)表演，吸引了一些數(shù)學(xué)家來(lái)觀看。1982年，在湯姆的建議下設(shè)立了肥皂泡節(jié)，第一個(gè)肥皂泡節(jié)就吸引了約15000名肥皂泡愛(ài)好者。

肥皂泡藝術(shù)家高超的技術(shù)和表演，也使得肥皂泡吉尼斯世界紀(jì)錄在不斷被打破。2007年在英國(guó)倫敦博物館，被稱為泡泡人的SAMSAM，制出一個(gè)巨大的肥皂泡，將50名學(xué)生罩在了里面，打破了之前一個(gè)泡泡容納42個(gè)人的吉尼斯世界紀(jì)錄。

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