فيلم صابون على عبوة


فيلم صابون على عبوة

يا له من ضوء ذلك الذي تكسره عبوة فيلم!

لماذا نرى ألوانًا في الماء الزيتي وفقاعات الصابون؟ أحيانًا نرى اللون الأحمر، وأحيانًا نرى الأزرق، وفي بعض الأحيان يبدو وكأننا لا نرى شيئًا على الإطلاق. اختبر باستخدام فيلم الصابون لملاحظة السلوك والمظهر الملون للأطوال الموجية المختلفة للضوء.

عرض فيديو

الأدوات والخامات

 

  • عبوة فيلم بلاستيكية سوداء (شاهد الفيديو للحصول على إرشادات حول كيفية صنع علبة سوداء بديلة).
  • سائل غسيل صحون –Dawn™ Ultra Original Scent باللون الأزرق هو الأفضل.
  • الماء –الماء المقطر هو الأفضل.
  • وعاء للخلط.
  • طبق ضحل لاحتواء محلول الصابون.
  • ورق أبيض.
  • قلم رصاص أو قلم جاف.

التجميع

  1. لتحضير محلول الصابون، اخلط مقدارًا واحدًا من سائل غسيل الصحون في 10 مقادير من الماء. نصيحة: تعمل أفلام الصابون بشكل أفضل وتستمر لفترة أطول إذا تركتها طوال الليل، مما يسمح لجزيئات الصابون بالانتشار عبر المحلول بأكمله.
  1. اسكب محلول الصابون في الطبق الضحل، واملأه بعمق نصف بوصة (1 سم).
  1. أزل الغطاء من عبوة الفيلم.
  1. ضع الورقة البيضاء على سطح الطاولة. الورقة البيضاء مهمة لأن الضوء سيتبعثر بعد ذلك عن الورق، ثم يرتد من فيلم الصابون إلى عينك.

 

ماذا تفعل وماذا تلاحظ؟

اغمس الجانب المفتوح لعبوة الفيلم مباشرة لأسفل في محلول الصابون. عندما تسحبها للخارج، يجب أن يتكون فيلم صابون فوق فتحة العبوة.

لف العبوة بحيث يكون فيلم الصابون في مستوى رأسي. ضعها فوق الورقة البيضاء في مكان مضاء بشكل ساطع.

سترى الألوان تتشكل وتتحرك على فيلم الصابون. وبمرور الوقت، قد تلاحظ تشكيل أشرطة أفقية من الألوان.

بعد فترة، يصبح الجزء العلوي من فيلم الصابون غير مرئي لأن طبقة الصابون تصبح أرق من الطول الموجي للضوء —الذي يقل سمكه عن 300 نانومتر. على الرغم من أنك لا تستطيع رؤيته، فإن فيلم الصابون لا يزال موجودًا! يمكنك اختبار ذلك بنقر قلم رصاص في المنطقة غير المرئية من فيلم الصابون –فسوف تنكسر.


 

ما الذي يحدث؟

فكر في فيلم الصابون على أنه شطيرة ماء: طبقة من الماء بين طبقتين من جزيئات الصابون. عندما يكون فيلم الصابون رأسيًّا، تسحب الجاذبية الماء إلى أسفل، مما يتسبب في أن يصبح الجزء العلوي من الفيلم أرق ويصبح الجزء السفلي أكثر سمكًا.

تؤدي الانعكاسات الناتجة من هذه السماكات المختلفة لفيلم الصابون إلى إلغاء الألوان المختلفة، مما ينتج منه نطاقات من الألوان تمتد عبر العبوة.

ينعكس الضوء من أمام فيلم الصابون وخلفه. تكون موجات الضوء المنعكسة من الجزء الأمامي لفيلم الصابون مقلوبة، بينما لا تكون الموجات المنعكسة من الخلف كذلك. يتحد الانعكاسان، مما ينتج منه تداخل للضوء.

عند حدوث تداخل الضوء، تجتمع بعض أطوال الموجات اللونية «خارج الطور» –تتحاذى أعلى نقطة في إحدى الموجات مع أدنى نقطة في الأخرى– ومن ثم تُلغى. بينما البعض الآخر يجتمع «في الطور»– حيث تتحاذى أعلى نقطة لموجة واحدة مع أعلى نقطة في الأخرى– ومن ثم تقوى.

 

فهم ألوان فيلم الصابون من الأعلى إلى الأسفل:

عندما تكون أغشية الصابون رقيقة مقارنة بالأطوال الموجية للضوء الذي يمر عبرها، فإنها لا تعكس أي ضوء على الإطلاق، مما يجعلها غير مرئية. يمكنك أن ترى هذا يحدث في الجزء العلوي من فيلم الصابون الخاص بك. يكشف نقر فيلم الصابون غير المرئي بطرف قلم رصاص عن وجوده لأن فيلم الصابون بالكامل ينكسر.

عندما يكون سمك فيلم الصابون ربع الطول الموجي للضوء الأزرق، ينعكس الضوء الأزرق بقوة. عند هذه النقطة نفسها، يبلغ سمك الفيلم نحو ثُمن الطول الموجي للضوء الأحمر –الطول الموجي للضوء الأحمر أقل بقليل من ضعف الطول الموجي للضوء الأزرق، لذلك ينعكس بعض الضوء الأحمر. والنتيجة هي أن الفيلم الشفاف يتكاثف ويتحول إلى لمعان معدني أبيض يبدو أكثر زرقة كلما زاد سمكه.

بالتحرك نحو الأسفل، عندما يكون سمك الفيلم نصف الطول الموجي للضوء الأزرق، تجتمع الموجات الزرقاء خارج الطور وتلغى. في هذه المرحلة، يبلغ سمك فيلم الصابون الآن ربع الطول الموجي للضوء الأحمر وتجتمع الموجات الحمراء في الطور، مما ينتج منه شريط لوني ضارب إلى الحمرة.

كل عدد صحيح مضاعف لنصف الطول الموجي الأزرق في السُمك، يلغى الضوء الأزرق؛ وكل مضاعف فردي لربع الطول الموجي الأزرق، يقوى الضوء الأزرق. كل مضاعف نصف الطول الموجي الأحمر، يلغى الضوء الأحمر. والنتيجة هي نطاقات متناوبة من الضوء المائل إلى الزرقة والحمرة بينما يزداد سمك الفيلم –مثل الخطوط الكنتورية على الخريطة الطبوغرافية.


 

المضي قدمًا

لفهم كيفية تحرك الأطوال الموجية من خلال أفلام الصابون ولرصد كيفية تجمع الموجات الجيبية أو إلغائها، حاول أن تصنع نموذج تداخل فيلم الصابون.

أبلغ روبرت هوك لأول مرة عن ملاحظة الفيلم الشفاف في رسالة إلى الجمعية الملكية. تشير رسالته إلى أنه كان يعتقد أن الفيلم لم يكن موجودًا في الواقع حيث كان شفافًا، ولكن هناك قوة ما ثبتت الفيلم الملون في مكانه. تجربة بسيطة لنقر الفيلم غير المرئي وكسره تثبت وجود الفيلم غير المرئي.

لمزيد من التجربة مع أفلام الصابون، حاول حفر ثقب صغير (قطره نحو 5 مم) في قاع عبوة الفيلم. اصنع فيلمًا من الصابون على الجانب المفتوح للعبوة ثم انفخ في الفتحة. سينتفخ فيلم الصابون مشكلًا قبة.

إليك حيلة رائعة أخرى: حاول النفخ في العبوة لإنشاء قبة ثم سد الفتحة بإصبعك. إذا وجهت عبوة الفيلم مع الفتحة لأعلى، فستظهر حلقات ملونة في فيلم الصابون.

إن فهمنا للظاهرة التي استكشفناها في هذه الوجبة العلمية الخفيفة مبني على عمل عديد من العلماء.

 

د. نرجس مافالفالا عالمة فيزياء باكستانية كانت من أوائل العلماء في مرصد مقياس التداخل الليزري لموجات الجاذبية LIGO لمراقبة موجات الجاذبية، والاضطرابات في انحناء الزمكان التي تسببها الأجسام المتسارعة مثل النجوم النيوترونية والثقوب السوداء. تعد د. مافالفالا رائدة في تطوير الأجهزة التي يمكنها اكتشاف التغييرات الصغيرة جدًّا في أنماط التداخل للضوء، وقد مُنحت زمالة ماكآرثر –وهي جائزة تقديرية للأفراد الذين أظهروا «أصالة وتفانيًا غير عاديين في مساعيهم الإبداعية وقدرة ملحوظة من أجل التوجيه الذاتي»– في عام 2010. في وجبة «فيلم صابون على عبوة» العلمية الخفيفة، يمكنك استكشاف تداخل الضوء مع نفسه من خلال فيلم رقيق، ومعرفة القليل عن كيف يمكن للضوء إلغاء نفسه –على غرار الطريقة التي تدرس بها د. مافالفالا الضوء في أنظمة ليجو LIGO العملاقة.


المصادر

For more information, read Soap Bubbles: Their Colors and Forces Which Mold Them by C.V. Boys (Dover Publications, 2012)


 

Exploratorium, 2020 

by the Exploratorium 2020 ©