Почему бензин на воде создает радужные пятна?

Опубликовано: 08/11/2024 · Обновлено: 28/06/2025

Бензин и вода несовместимы, поэтому при попадании, к примеру, в лужу на дороге, бензиновая капля растекается по поверхности воды, образуя очень тонкую плёнку. Эта пленка обладает удивительным свойством — создавать разноцветные радужные узоры.

Откуда же берутся эти сияющие радужные цвета?

Происходит это из-за того, что свет, падающий на бензиновую плёнку, частично отражается от верхнего слоя — границы между воздухом и бензином, а часть световых волн проникает глубже, достигая границы между бензином и водой, где также отражается. Часть света уходит вглубь воды, но для объяснения явления цветных разводов это несущественно.

В итоге образуется два отражённых луча света, где второй «запаздывает» относительно первого, поскольку проходит двойной путь — внутрь плёнки и обратно. Эти две отражённые волны накладываются друг на друга, создавая сложный рисунок из усиления и ослабления света. Усиление происходит, если разница хода соответствует целому числу длин волн, а ослабление — при сдвиге на нечетное число полуволн.

Данное явление физики называют интерференцией света.

Для возникновения интерференции необходимо, чтобы два световых луча были когерентными — то есть имели одинаковую длину волны и постоянный сдвиг фаз. Обычный свет от ламп или солнца состоит из множества несогласованно излучающих атомов и поэтому не является когерентным по природе. Однако волны, отражающиеся от верхней и нижней поверхностей тонкой плёнки, когерентны, поскольку это части одного и того же светового пучка.

Если бы свет был монохроматическим — одноцветным, например, от лазера — интерференционная картина выглядела бы как чередование светлых и тёмных полос. Но солнечный свет белый и включает волны всего видимого спектра, поэтому интерференция на бензиновой пленке рождает яркое разноцветье, напоминающее радугу.

Толщина пленки влияет на цвет: при определённой толщине максимум световой волны возникает для конкретного цвета, который и доминирует в отражённом свете. Поскольку толщина бензиновой плёнки меняется по площади, на поверхности образуются плавные переходы оттенков в виде радужных пятен и полос.

Интересно, что равномерной по толщине плёнке интерференция тоже доступна, но её проявление зависит от угла падения света и оптических свойств плёнки, таких как показатель преломления.

Интерференция ярко проявляется только в тонких плёнках, сопоставимых с длиной световой волны — порядка сотен нанометров. Для более толстых слоёв разностные пути проходят слишком разные волны, и эффект затухает из-за отсутствия когерентности. Однако при использовании одноцветного света интерференция возможна и с толстыми плёнками.

Явление интерференции можно наблюдать не только на бензиновых плёнках. К примеру, при загрязнениях нефтью поверхность моря покрывается радужными разводами, но только если нефтяная пленка очень тонкая — меньше одного микрона. В противном случае цветных переливов не будет.

Еще одним знакомым примером интерференции являются радужные переливы на поверхности компьютерных компакт-дисков. Там тысячи микрорельефов образуют тонкие воздушные прослойки, создавая яркие узоры.

Радужные цвета мыльных пузырей — тоже результат интерференции. Толщина стенок пузыря примерно равна длине волн видимого света. По мере испарения воды пленка становится тоньше и меняет окраску: при толщине около 230 нм пузырь светится оранжевым, при 200 нм — зелёным, при 170 нм — синим. Из-за неоднородности толщины пленка выглядит пятнистой. Когда тонкость становится менее 20-30 нм, цвета исчезают, пузырь становится почти прозрачным перед тем, как лопнуть.

Забавный факт: учёные применяют интерференционные свойства мыльных плёнок для измерения микроскопических толщин и изучения физических процессов на наноуровне, а художники и фотографы используют радужные разводы в декоративных целях.

Статья проверена экспертом, информация актуальна на Сентябрь 2026 года.

Список литературы