Bańka mydlana jest przezroczysta, a mimo to mieni się fioletem, zielenią, żółcią i różem. Kolory nie pochodzą od barwnika, tylko od interferencji światła w cienkiej warstewce wody z mydłem. Wystarczy zrozumieć, co dzieje się z falą świetlną, gdy odbija się od dwóch powierzchni tuż obok siebie.
Z czego zbudowana jest bańka
Ściana bańki to bardzo cienka warstwa wody z dodatkiem detergentu. Z obu stron pokrywają ją cząsteczki mydła, które ustawiają się jak małe „patyczki” – jednym końcem lubią wodę, drugim uciekają od niej. Dzięki temu warstewka jest elastyczna i nie pęka od razu.
Grubość tej ściany jest rzędu setek nanometrów, czyli porównywalna z długością fali światła widzialnego. Zwykły włos jest od niej wielokrotnie grubszy. To właśnie ta skala sprawia, że pojawiają się barwy.
Co to jest interferencja światła
Światło można traktować jak falę. Gdy dwie fale się spotykają, mogą się wzajemnie wzmocnić albo osłabić. Najłatwiej wyobrazić to sobie na wodzie: dwa wzgórki fal razem dają wyższy wzgórek, a wzgórek i dolinka niemal się znoszą.
Gdy światło pada na bańkę, część odbija się od zewnętrznej powierzchni warstewki, a część przechodzi do środka i odbija od powierzchni wewnętrznej. Do oka docierają więc dwie fale, które przebyły różne drogi. Ta druga jest „opóźniona” o pewną wartość zależną od grubości ściany.
- Jeśli fale spotykają się zgodnie (wzgórek z wzgórkiem), dany kolor jest wzmocniony.
- Jeśli spotykają się przeciwnie (wzgórek z dolinką), dany kolor jest osłabiony lub znika.
Dlaczego widzimy akurat takie barwy
Światło słoneczne i większość lamp daje światło białe, czyli mieszaninę wszystkich kolorów, a każdy z nich ma inną długość fali. Dla danej grubości warstewki wzmocnienie dotyczy tylko niektórych długości fal. Pozostałe są osłabione, więc oko widzi barwę z tego, co zostało.
Ponieważ ściana bańki nie ma wszędzie takiej samej grubości, w różnych miejscach wzmacniane są różne kolory. Stąd kolorowe pasma i wirujące wzory. Grubość zmienia się też z czasem: woda spływa w dół pod wpływem grawitacji, a część paruje. Dlatego barwy ciągle się przesuwają.
Jest jeszcze jedna subtelność. Przy odbiciu od powierzchni, za którą jest „gęstszy” ośrodek (tu: od zewnętrznej strony wody), fala zmienia fazę. Efekt jest taki, że gdy ściana robi się ekstremalnie cienka, w szczególności tuż przed pęknięciem, odbite fale się wygaszają. Bańka wygląda wtedy na przezroczystą lub czarną, a po chwili pęka.
Jak samemu to zaobserwować
Do obserwacji nie potrzeba żadnego sprzętu. Wystarczy płyn do mycia naczyń, woda i trochę cierpliwości.
- Wymieszaj ciepłą wodę z niewielką ilością płynu do naczyń. Nie mieszaj zbyt gwałtownie, żeby nie robić piany.
- Zrób bańkę słomką lub pętlą z drutu i obserwuj ją w świetle okna albo przy jasnej lampie.
- Ustaw ciemne tło, na przykład materiał lub kartkę. Kolory będą wtedy wyraźniejsze.
- Patrz, jak barwy przesuwają się ku dołowi, a u góry pojawia się coraz bardziej przezroczysty obszar.
- Spróbuj obejrzeć bańkę pod różnymi kątami. Kolory zmieniają się, bo zmienia się droga światła w warstewce.
Ten sam mechanizm tworzy tęczowe plamy na mokrej jezdni, na której rozlał się film oleju, oraz barwy na niektórych skrzydłach owadów. Wszędzie tam, gdzie cienka, przezroczysta warstwa leży na innym materiale, światło może interferować.
Najczęstsze nieporozumienia
Kolory bańki nie są barwnikiem, tak jak w farbie. Nie jest to też rozszczepienie jak w pryzmacie, choć efekt bywa podobny do tęczy. W bańce kluczowe jest nakładanie się fal odbitych z dwóch powierzchni, a nie ich załamanie.
Jeśli bańki szybko pękają, możesz poprawić roztwór. Pomaga odstawienie go na kilka godzin oraz dodanie odrobiny gliceryny, która spowalnia parowanie. Warto też zwilżyć dłonie przed dotknięciem bańki, bo sucha skóra niemal zawsze ją przebija.