Интерференция в тонких пленках
Первая и самая простая демонстрация интерференции в тонких пленках – это мыльные пузыри, с детского возраста завораживающие нас удивительным разнообразием окрасок. Для этой демонстрации подойдет любой флакон с мыльным раствором, даже китайского производства. Хотя при желании можно добиться получения мыльных пленок большого и очень большого размера1.
При наблюдении мыльных пузырей следует обратить внимание на то, что мы видим их в отраженном свете. Разная окраска обусловлена разной толщиной пленки в разных местах. Это и есть полосы равной толщины. Они хорошо видны при почти нормальном падении на пленку. Причина их появления – в сложении волн, отраженных от двух поверхностей мыльной пленки. Возникающий при этом фазовый набег между отраженными волнами приводит к их усилению в одних местах и к ослаблению в других местах. А так как фазовый набег зависит от длины волны, то усиление для одних длин волн будет в одном месте, а для других – в другом, и пленка окажется окрашенной.
Чтобы иметь возможность более внимательно рассмотреть цвета тонких пленок, можно изготовить лаковую пленку на проволочном каркасе. Берут стакан диаметром 8 – 10 см, наливают в него воду почти до верха и аккуратно опускают проволочный каркас так, чтобы он находился в воде и его плоскость почти совпадала с поверхностью воды. Каркас может быть любой формы (круглой, квадратной и т. д.) и должен иметь проволочную ручку.
В центр каркаса капают каплю лака для ногтей, которая мгновенно расходится по поверхности воды до границы каркаса и «прилипает» к нему. После этого нужно аккуратно вытащить каркас и дать лаку высохнуть. Ручку каркаса втыкают в пробковое основание и освещают так же, как при наблюдении колец Ньютона. В затемненной аудитории видны прекрасные цветные изображения пленки (рис. 8.13). Следует отметить, что цвет этих изображений получается не за счет смешения цветов масляных красок (как в живописи), а путем «извлечения» из белого света. Художники замечают и высоко ценят качество интерференционных цветов.
Рис. 8.13. Интерференция на лаковой пленке. |
Рис. 8.14. Интерференция на мыльном клине. |
Красивая динамическая демонстрация тонких пленок осуществляется с помощью каркаса в виде ромба, который опускают в мыльный раствор и сразу помещают вертикально перед длиннофокусной линзой, которая строит изображение пленки на экране. Это изображение получается перевернутым, что надо иметь в виду при наблюдении последующей динамики.
Сначала мы видим на экране светлое однотонное изображение пленки на каркасе. Пленка в начале опыта достаточно толстая, поэтому когерентности отраженного света не хватает для получения интерференционной картины. Затем в нижней части ромба появляются цветные горизонтальные полосы (рис. 8.14). Это означает, что в результате стекания мыльного раствора клиновидная пленка становится тоньше и тоньше в верхней части (на изображении – в нижней части!), чтобы появилась интерференция. В дальнейшем нижняя часть изображения (верхняя часть мыльной пленки) темнеет, так как пленка становится очень тонкой и за счет потери полволны при отражении от одной из поверхностей происходит интерференционное гашение отраженных волн. И, наконец, пленка лопается. Этот впечатляющий опыт следует повторить несколько раз.