Тонкие пленки
Надувать мыльные пузыри любят не только финансисты. Многим нравится следить, как дрожащий шарик переливается всеми цветами радуги. Эта игра красок — результат интерференции пары отраженных световых волн. Одна идет от внешней поверхности мыльной пленки, а другая — от внутренней. Нам кажется, что толщина мыльной пленки ничтожно мала. Но для света это совсем не так. Вторая волна, которой пришлось дважды преодолеть толщину пленки, отстает от первой. Из-за этого гребни отраженных волн смещаются относительно друг друга на двойную толщину пленки.
Если это смещение окажется равным длине волны света, волны взаимно усилятся. В случае же, когда отставание составит половину или полторы длины волны, гребни одной волны придутся на впадины другой и полностью погасят друг друга. При толщине пленки в четверть микрона (250 нм), характерной для еще достаточно прочного пузыря, разность хода составляет полмикрона, что как раз равно длине волны красного света в воде. Волны, отвечающие синему цвету, короче, и для них расхождение составит полтора периода. В итоге красный цвет в отражении усилится, а синий пропадет.
Мыльная пленка — эфемерная конструкция. Вода быстро испаряется или стекает вниз под действием силы тяжести. Толщина пленки меняется, а вместе с ней меняются видимые на поверхности пузыря цвета. При толщине 230 нм она окрашивается оранжевым цветом, при 200 нм — зеленым, при 170 нм — синим. Поскольку толщина пленки уменьшается неоднородно, она обретает пятнистый вид. Истончившись до 0,1 микрона (100 нм), пленка уже не может усиливать отраженный свет, а только избирательно гасит некоторые цвета. Наконец, пропадает и эта способность, поскольку разность хода отраженных лучей становится незначительной, пузырь обесцвечивается и лопается при толщине пленки 20—30 нм.
Радужные переливы нефтяной пленки на воде тоже вызваны интерференцией. Поэтому они возникают в случае относительно небольшого загрязнения, когда пленка имеет толщину около микрона или меньше.
Дифракция лазерного излучения на узкой щели. Слегка «заворачивая за угол», луч попадает в области, куда по законам геометрии он не должен попадать в принципе. Фото: SPL/EAST NEWS
Цвета побежалости
Явление интерференции с давних времен использовали при обработке стали. Чтобы стальной инструмент обладал высокой твердостью, его закаливают: разогревают до температуры 800—900 °C и резко охлаждают. Но вместе с твердостью закаленная сталь приобретает хрупкость, она почти не деформируется, а при высокой нагрузке или ударе трескается. Чтобы придать стали пластичность, ее подвергают отпуску: вновь нагревают, но теперь уже до 200—300 °C, и постепенно охлаждают. При этом часть кристаллических структур, образовавшихся в ходе закалки, преобразуется, и сталь, сохраняя прочность, обретает упругость.