Трудно восхищаться грязным пятном автомобильного масла. А все-таки такое неприглядное пятно может, как хамелеон, показать всю гамму цветов радуги. Не верится? Пройдите возле бензозаправочной станции или стоянки, где водители ухаживают за своими машинами. На мокром асфальте легко можно найти на поверхности воды разноцветные радужные пятна. Это тонкие слои разлитого масла.

Откуда берутся цвета тонких слоев? Поскольку ни на поверхности чистой воды, ни на поверхности асфальта нет никаких цветных пятен, мы приходим к выводу, что причиной их возникновения должно быть воздействие света, отраженного от верхнего (луч 1 на рис. 1) и нижнего тончайшего слоя (лучи 2, 3 на рис. 1). Пытались объяснить возникновение цветов, исходя из предположения, что свет — это поток частиц с периодически изменяющимися свойствами. Но оказалось, что цвета тонких слоев можно описать и объяснить при условии, если считать свет волной.

Каков же в таком случае механизм воздействия световых волн, отраженных от верхнего и нижнего слоя масла? Внимательное и терпеливое наблюдение за воздействием волн на поверхности воды дает ответ.

Понаблюдаем тщательно за волнами, которые расходятся от точки возмущения по поверхности воды в каком-либо водоеме (в пруду, в глубокой луже и даже в ванне). Поверхность воды в каждой точке регулярно поднимается и опускается, и мы видим волны, как гребни и впадины, разбегающиеся от точки их возникновения.

Что произойдет, если встретятся две одинаковые волны, пришедшие от двух разных источников? Это зависит от того, в каком состоянии они будут находиться в моменте встречи. Если они встретятся гребнями, то их воздействие будет согласовано и образуется двойной гребень (рис. 2а). Если же встретятся впадинами, то образуется двойная впадина. Но если гребень одной волны встретится с впадиной другой, тогда их действия будут противоположными, и волны погасят друг друга (рис. 2Ь). Такое наложение волн с их усилением или ослаблением в физике называется интерференцией волн. Стоит обратить внимание на то. что интерферировать могут только обычные волны, ибо частицы при встрече не могут уничтожить друг друга. Значит, если что-либо движется и может интерферировать, то должно иметь волновой характер.

Например, если мы возмутим в одной точке поверхность воды в сосуде, то от этой точки начнут расходиться кругами гребни и впадины волн. В разрезе выглядит это так, как на рис. 3. Представим себе теперь ситуацию, когда поверхность воды мы одинаково возмущаем в двух разных местах. От каждой точки возмущения также кругами будут расходиться гребни и впадины по всей поверхности сосуда. Рассмотрим какую-нибудь точку встречи этих волн. Если разность дорог, пройденных каждой из волн от источника до места встречи, равна кратности длины волны, они встретятся в одинаковой фазе и усилят друг друга (рис. 4а). Если же разница их дорог будет равна нечетному числу полуволн, тогда волны встретятся в противоположных фазах и погасят друг друга (рис. 4Ь). В нашем примере таких точек, где волны встречаются в одинаковой фазе или в противофазе, можно найти очень много, более того, они довольно четко укладываются (рис. 5).
При благоприятных условиях и при достаточной терпеливости это можно увидеть собственными глазами.

Таким же образом накладываются друг на друга световые волны, отраженные от верхней и нижней поверхности слоя масла на поверхности воды (рис. 1). Если двойная толщина слоя равна кратной длины световой волны (рис. 6а), волна, отраженная от верхней поверхности, встретится с волной, отраженной от нижней поверхности, в одинаковой фазе (гребень с гребнем или впадина с впадиной), они только „сложатся”. Но если двойная толщина слоя равна нечетному числу полуволн световой волны (рис. 6Ь), тогда обе волны встретятся в противофазе и погасят друг друга. Степень этого погашения волн в рассматриваемом примере зависит и от толщины слоя, и от длины волны.

Из опытов с разложением света при прохождении сквозь призму, мы знаем, что белый (солнечный) свет является смесью разноцветных составных элементов. Разным цветам света, разложенного в призме, соответствуют световые волны различной длины. Если белый свет падает на тончайший слой масла на поверхности воды, тогда — в зависимости от толщины слоя — определенный составной элемент цвета (волна определенной длины) в слое не будет ослаблен, а другой (но тоже точно определенный) будет ослаблен (вплоть до полного погашения). Иначе говоря, свет, выходящий из слоя, будет иметь каких-то элементов больше, других — меньше по сравнению с первоначальным белым светом. Именно это и вызывает цветовые эффекты.

Вот весь секрет много-цветности масляных пятен на мокром асфальте, которые гаммой своих цветов напоминают радугу (но не одинаковы с радугой, поскольку цвета возникают не в итоге разделения белого цвета на элементы, а в результате описанного выше явления). Если все уже понятно. т,о у меня есть для вас еще одна задача: какой свет — красный или фиолетовый — имеет большую длину волны?

Задачу можно решить, измерив толщину слоя. Это очень трудно (прямо скажем, для нас практически невозможно). Некоторые указания можно найти, наблюдая за цветом мыльных пузырей (их цвет возникает так же. как и тонких пленок, поскольку мыльный пузырь сам по себе — тонкая пленка). Правда, по традиции мы говорим о мыльных пузырях, но сегодня их можно получить, заменяя мыло шампунем, стиральным порошком или пеной для ванн. Впрочем, думаю, что пускать мыльные пузыри для вас не проблема. Но до того, как начнете искать у них подсказки, которая могла бы подтолкнуть к ответу на заданный вопрос, стоит задуматься, чего надо у них искать и на что смотреть, чтобы эту подсказку найти. Поэтому проверьте, в каких условиях лучше вести наблюдение, где должен быть источник света — впереди или сзади объекта. На каком фоне лучше наблюдать мыльный пузырь — на светлом или на темном, на узорчатом или гладком?

Наверное, вы без труда заметите, что выдуваемый мыльный пузырь довольно быстро крутится. Может быть, лучше прервать в это время наблюдения и подождать, пока он остановится? Может быть, наблюдения за пузырем перед тем. как он лопнет, скажут нам больше, чем наблюдения за крутящимся? А может быть, стоит вместо выдуваемых через соломинку пузырей понаблюдать за поведением пленки, которая возникает в проволочной рамке, если опустить ее в мыльную воду и потом вынуть, держа вертикально.
А выводы? Они уже полностью зависят от вашей любознательности и наблюдательности.

ЗБИГНЕВ ПЛОХОЦКМЙ
Журнал “Горизонты техники для детей” №9-84г.