Nastanek mavričnih barv (vzorcev) na tanki plasti olja

Mavrične barve (vzorce) in prelivanje barv je možno zelo preprosto videti na primer ko gledamo površino CD plošče, tudi ko opazujemo milne mehurčke ali pa tanko plast olja na površini vode, ki je mirna. Vsi ti trije pojavi nastanejo zaradi konstruktivne in destruktivne interference svetlobe, ki pade na površino snovi, ki jo opazujemo.

Ko plast olja plava na vodi ni nujno, da vidimo mavrične vzorce (barve), saj so le ti odvisni od debeline plasti olja (filma), ki plava na vodi.

Za primer si oglejmo primer zelo tanke plasti olja, ki plava na vodi. Ko bela svetloba zadene (pade na) film olja, je večina prodre skozi film. Preostali del pa se odbije od zgornje in spodnje plasti filma. Po enakem principu, ko stojimo pred oknom (navadnimm prosojnim steklom), lahko vidimo odbito sliko na oknu, kljub temu, da vidimo tudi zunanjost. Večina svetlobe prodre skozi okno, preostali del pa se odbije nazaj in to vidimo kot sliko (samega sebe). Svetloba, ki se odbije od zgornje plasti filma olja prepotuje nekoliko krajšo razdaljo kot svetloba, ki se odbije od spodnje plasti. Potek žarkov (svetlobe) je prikazan na spodnji sliki:

Na tej sliki vpadni žarek prihaja od zgornje leve strani. Prvi del žarka (svetlobe) prodre skozi film in potuje naprej po vodi oziroma katerikoli drugi tekočini na kateri plava olje (A). Drugi del pa se je odbije od zgornje plasti filma (B). Tretji del pa se je odbije od spodnje plasti filma (C).

Če je debelina filma približno tako debela kolikor znaša valovna dolžina vidne svetlobe, potem lahko pride do pojava interference in tako lahko vidimo raznobarvne mavrične vzorce. Vijolična svetloba ima valovno dolžino okoli 400 nm (0,0004 mm), medtem, ko pa ima rdeča svetloba valovno dolžino okoli 760 nm (0,00076 mm). Kot vemo je bela svetloba sestavljena iz različnih barv (spekter barv bele svetlobe).

Če je debelina filma ravno prave debeline in če se bo naprimer val rdeče svetlobe , ki je vsebovana v beli, odbil od zgornje in spodnje plasti ravno pod pravim kotom, bo prišlo do konstruktivne interference. To pomeni, da se bosta valova seštela in zato se bo količina rdeče svetlobe podvojila. Pojav konstruktivne interference predstavlja spodnja slika:

V nasprotnem primeru pa pride do destruktivne interference. Valova nista v fazi oziroma si ravno nasprotujeta in se zato popolnoma ali pa samo delno uničita.

Pogoj za konstruktivno interferenco je, da je pot, ki jo opravi žarek C v plasti olja enaka polovičnemu monogokratniku valovne dolžine svetlobe v olju. Polovični monogokratnik zato, ker se pri odboju na meji zrak-olje (lomni količnik olja je približno 1,5, torej se žarek odbije na optično gostejšem sredstvu) spremeni faza valovanja za 180^o, na meji olje-voda (lomni količnik vode je okoli 1,3, gre torej za odboj na optično redkejšem sredstvu), pa se faza ne spremeni. Pri pravokotnem vpadu pogoj za konstruktivno interferenco zapišemo:
2 d = (m + 1/2) l_{v olju}, m = 0,1,2 ...
l_{v olju} = l_{v zraku}/n_olja. d je debelina plasti olja. Najtanjša plast olja, pri kateri lahko pride do interference za npr. rdečo svetlobo (l = 760 nm) je pri m=0 enaka d = l/(4 n_olja) = 0,13mm.

Prelivanje barv oziroma spreminjanje vzorcev pa dobimo, kot je razvidno iz zgornjega besedila zaradi spreminjajoče se debeline plasti olja (filma). Spreminjanje debeline filma je posledica rahlega valovanja in s tem tudi spreminjanja kota, pod katerim pada svetloba na film.

Zanimive povezave:

• Veliko zanimivih demonstracij s področja fizike! Vredno ogleda!
• Izdelajte svojo (prenosno) mavrico!
• Okrasite si svoje stene z mavricami!