Бородин Виталий, Максимов Станислав
Сабын көпіршігінің таңғажайып қасиеттері бала кезімізден бізге таныс. Ал балалар сабын көпіршігі кемпірқосақтың барлық түстерімен жарқырап, ауада қалай қалқып тұратынын әрқашан қызығушылықпен бақылайды! Ал ересектер кейде көңіл көтеруге және баланың тыныш ойынына тағы да енуге қарсы емес. Ал сабын көпіршіктері нағыз өнер және ғылыми зерттеу нысаны бола алады. Несабын ерітіндісінен көпіршік пайда болғанда не болады? Қалайкөпіршік театрында және аттракциондарда олар осындай үлкен көпіршіктерді үрлейді және біз мұны істей аламыз ба? НеліктенСабын көпіршіктері кемпірқосақтың барлық түстерімен жарқырайды ма? Біз мұны істей аламыз деп шештік анықтау, түсіндірусабын көпіршігінің физикалық табиғаты және біз үлкен сабын көпіршігін үрлей аламыз.
Жүктеп алу:
Алдын ала қарау:
Қалалық білім беру мекемесі
«No2 Краснояр орта мектебі»
Волгоград облысы, Жирновск муниципалды ауданы
Зерттеу жұмысы.
Не, қалай және неге – мен оны анықтап, түсіндіремін.
Сабын көпіршігі.
Максимов Стас, 16 жаста, 11 сынып
Жетекші : Пеньковская Татьяна Викторовна,
«No2 ҚСОШҚ» қалалық білім беру мекемесінің физика және информатика пәнінің мұғалімі
2013
- Зерттеу жұмысының өзектілігі мен міндеттері.
- Беттік керілу.
- Жұқа қабықшалардағы жарықтың интерференциясы.
- Зерттеу нәтижелері.
1. Тақырыптың өзектілігі:
Қарашы, менің көпіршігім сенікінен үлкенірек!!
Ал менікі әдемірек, оның кемпірқосақтың барлық түстерімен жарқырағанын көресіз!!!
Сабын көпіршігінің таңғажайып қасиеттері бала кезімізден бізге таныс. Ал балалар сабын көпіршігі кемпірқосақтың барлық түстерімен жарқырап, ауада қалай қалқып тұратынын әрқашан қызығушылықпен бақылайды! Ал ересектер кейде көңіл көтеруге және баланың тыныш ойынына тағы да енуге қарсы емес.
Ал сабын көпіршіктері нағыз өнер және ғылыми зерттеу нысаны бола алады.Не сабын ерітіндісінен көпіршік пайда болғанда не болады?Қалай көпіршік театрында және аттракциондарда олар осындай үлкен көпіршіктерді үрлейді және біз мұны істей аламыз ба?Неліктен Сабын көпіршіктері кемпірқосақтың барлық түстерімен жарқырайды ма? Біз мұны істей аламыз деп шештіктүсіну, түсіндіру сабын көпіршігінің физикалық табиғаты және біз үлкен сабын көпіршігін үрлей аламыз
Зерттеу жұмысының мақсаты:
- Сабын көпіршігінің физикалық табиғатын зерттеу, жұқа қабықшалардағы интерференция құбылысын, сұйықтардағы беттік керілуді зерттеу.
- Сабын көпіршігінің керемет қасиеттерін көрсету және сабын көпіршіктерімен керемет қызықты эксперименттер.
Зерттеу пәні: Сабын көпіршігі
Зерттеу гипотезасы: 1. Көпіршік су бетінде серпімділік беретін керілу болғандықтан бар. 2. Сабын көпіршігінің кемпірқосақ бояуы пленканың екі бетінен шағылған жарықтың интерференциясы нәтижесінде пайда болады.
2. Беттік керілу.
Сабын көпіршігі - бұл беткі қабаты бар шарды құрайтын сабынды судың жұқа қабықшасы. Көпіршікті пленка судың тез булануынан қорғайтын екі сабын қабатының арасына қыстырылған судың жұқа қабатынан тұрады. Көпіршік су бетінде серпімділік беретін керілу болғандықтан пайда болады.
Сұйықтықтың беттік керілуінің сабын көпіршігін қалай жасайтынын қарастырыңыз.
Ауырлық, серпімділік және үйкеліс сияқты күштер айқын; біз оларды күн сайын тікелей сезінеміз. Бірақ бізді қоршаған күнделікті құбылыстар әлемінде біз әдетте назар аудармайтын басқа бір күш жұмыс істейді. Бұл күш салыстырмалы түрде аз, дегенмен біз стаканға су құя алмаймыз, қазір талқылайтын күштерді әрекетке келтірмей, кез келген сұйықтықпен мүлдем ештеңе істей алмаймыз. Бұл беттік керілу күші.
Беттік керілу күшісұйық молекулаларының өзара тартылуынан туындайтын, оның бетіне тангенциалды бағытталған күш.
Беттік керілу күштерінің әрекеті тепе-теңдіктегі сұйықтықтың мүмкін болатын ең аз бетінің ауданына ие болуына әкеледі. Сұйық басқа денелермен жанасқанда оның беттік энергиясының минимумына сәйкес келетін бет болады.
Беттік керілуді анықтаудың көптеген әртүрлі әдістері бар: түсіру әдісі, сым жақтау әдісі, сақина әдісі, капиллярлық толқын әдісі және т.б. Атап айтқанда, сабын пленкасы беттік керілуді зерттеу үшін тамаша объект болып табылады. Мұнда гравитация іс жүзінде ешқандай рөл атқармайды, өйткені сабын пленкалары өте жұқа және олардың массасы мүлдем елеусіз. Сондықтан басты рөлді беттік керілу күштері атқарады.
Неліктен фильм сабынды болуы керек? Мұның бәрі сабын пленкасының құрылымына қатысты. Сабын беттік-белсенді заттар деп аталатындарға бай, олардың ұзын молекулаларының ұштары сумен әртүрлі қатынаста болады: бір ұшы су молекуласымен ықыласпен қосылса, екіншісі суға немқұрайлы. Сондықтан сабын қабықшасының күрделі құрылымы бар: оны құрайтын сабын ерітіндісі, сабынның бөлігі болып табылатын беттік белсенді заттың реттелген молекулаларының палисадымен «күшейтілген».
Бір себептермен сұйықтықтың беті ұлғаяды (созылады) деп елестетейік. Бұл сұйықтықтың негізгі бөлігінен беткі қабатқа молекулалардың белгілі бір санының қозғалатынын білдіреді. Ол үшін жаңа ғана айтқанымыздай, сыртқы жұмыстарды жұмсау керек. Басқаша айтқанда, сұйықтық бетінің ұлғаюы теріс жұмыспен бірге жүреді. Керісінше, беті жиырылған кезде оң жұмыстар атқарылады. dA= -G*dS
Минус белгісі бетінің ұлғаюы (dS > 0) теріс жұмыспен бірге жүретінін көрсетеді. Бірақ жұмыс беттік энергияның өзгеруіне байланысты орындалады dA = -dF, онда беттік керілу коэффициенті G = F/S болады.
Бұл коэффициент сұйық бетінің қасиеттерін сипаттайтын негізгі шама болып табылады.
Бұл әсіресе сұйықтықтың жұқа қабықшаларымен жүргізілген тәжірибелерден анық көрінеді.
1. Сымның ұзындығы 5 см болғанда, динамометр көрсеткендей, беттік керілу күші шамамен 0,0070 Н; демек G=0,004/2*0,05=0,04 Н/м
Кейбір сұйықтықтардың беттік керілу коэффициенттері:
Сұйықтық Беттік керілу, N/M
Су 0,0725
Судағы сабын ерітіндісі 0,040
Алкоголь 0,022
Эфир 0,017
Меркурий 0,470
2. Келесі қарапайым тәжірибе беттік керілу күштерінің мәнін одан әрі түсіндіреді.
Сипатталған тәжірибе көрсеткендей, беттік керілу күштері сұйықтықтың оның бетін азайтуға ұмтылуының нәтижесінде пайда болады.Айта кету керек, мұндай қабықшаларды қалыптастыру мүмкіндігі тек беттік керілу коэффициентінің мәнімен ғана емес, молекулалардың пішінімен де байланысты. Сабын ерітіндісінде, мысалы, таза суға қарағанда екі-үш есе аз беттік керілу коэффициенті бар, бірақ ол тұрақты қабықшалар түзбейді. Сонымен, бұл беттік керілу күші және бұл пленканың химиялық құрамы сабын көпіршіктерін үрлеуге мүмкіндік береді.
Сабын көпіршіктеріне оралайық. Бұл таңғажайып әдемі туындыларды бақылап қана қоймай, оларды жіберуге әркімнің мүмкіндігі болған шығар. Олардың пішіні шар тәріздес және ауада ұзақ уақыт еркін жүре алады. Көпіршіктің ішіндегі қысым атмосфералық қысымнан жоғары. Шамадан тыс қысым оның бетін одан әрі азайтуға тырысқан сабын пленкасының көпіршік ішіндегі ауаны қысуымен байланысты, ал оның радиусы кішірек болса, көпіршік ішіндегі артық қысым соғұрлым көп болады.
«Ауада қалқып тұрған сабын көпіршігі айналадағы заттарға тән барлық түс реңктерімен жанады. Сабын көпіршігі табиғаттың ең керемет кереметі шығар!» (Марк Твен)
Сабын көпіршіктерінің кемпірқосақ түсі жұқа қабықшаларға жарықтың интерференциясы негізінде түсіндіріледі.
3. Жұқа қабықшалардағы жарық интерференциясы
Табиғатта жұқа қабықшалардың (судағы майлы қабықшалар, сабын көпіршіктері, металдардағы оксидті қабықшалар) екі қабықша бетінен шағылған жарықтың интерференциясы нәтижесінде пайда болатын кемпірқосақ бояуын жиі байқауға болады.
Жарық интерференциясы- бірнеше когерентті жарық толқындарының суперпозициясы нәтижесінде жарық интенсивтілігін қайта бөлу. Бұл құбылыс кеңістіктегі қарқындылықтың максимумдары мен минимумдарының ауыспалы болуымен бірге жүреді.
Жазық монохроматикалық толқын сыну көрсеткіші n және қалыңдығы d i бұрышында жазық параллель мөлдір пленкаға түссін (қарапайымдылық үшін бір сәулені қарастырайық). Пленканың бетінде О нүктесінде сәуле екіге бөлінеді: ол пленканың үстіңгі бетінен ішінара шағылысып, жартылай сынады. С нүктесіне жеткен сынған сәуле жартылай ауаға (n0 = 1) сынады, ал жартылай шағылысып В нүктесіне барады. Мұнда ол қайтадан i бұрышында жартылай шағылысып, ауаға шығады. Фильмнен шыққан 1 және 2 сәулелер когерентті. Егер олардың жолына жинақтаушы линза қойылса, олар линзаның фокустық жазықтығының Р нүктелерінің біріне жиналады. Нәтижесінде кедергі жасайтын сәулелер арасындағы оптикалық жол айырмашылығымен анықталатын интерференциялық үлгі пайда болады.
Бұл жағдай үшін sini = nsin r сыну заңын ескере отырып, мынаны аламыз:∆ = k * λ - максималды кедергі ∆ = (2к+1) *λ / 2 – минималды кедергіяғни, егер жарық сәулесінің жолындағы айырмашылықта толқын ұзындығының бүтін саны болса, онда интерференцияның максимумы байқалады және дәл осы жерлерде сабын көпіршігінде ашық түсті интерференциялық үлгі пайда болады. Көпіршіктегі сабынды су ауырлық күшінің әсерінен төмен қарай ағып жатқандықтан, қабықшаның қалыңдығы өзгереді, сондықтан түс интерференциясы да сабын көпіршігі бетімен қозғалады.
Интерференция, белгілі болғандай, пленканың қалыңдығы түскен толқын ұзындығынан екі есе аз болған жағдайда ғана байқалады. Сондықтан нашар жарықтандыруда немесе сабын көпіршігі жеткілікті қалың беткі қабықшада кедергі байқалмайды және сабын көпіршігі боялмайды.
4. Зерттеу нәтижелері.
Сонымен, кейбір қорытындылар жасайық. Біздің болжамдарымыз расталды. Шынымен:
1. Сабын пленкасы беттік керілуді зерттеуге арналған тамаша объект болып табылады.
2. Сабын көпіршігі бар, себебі сабын ерітіндісінің бетінде серпімділік беретін керілу бар.
2. Сабын көпіршіктерінің кемпірқосақ түсін жұқа қабықшаларға жарықтың интерференциясы негізінде түсіндіруге болады.
Шынында да, ең жұқа сабын пленкаларының бетіндегі түстердің сиқырлы ойыны физикке жарық толқындарының ұзындығын өлшеуге мүмкіндік береді, ал бұл нәзік қабықшалардың кернеуін зерттеу әрекет ету заңдылықтарын зерттеуге көмектеседі. I бөлшектер арасындағы күштер - бұл біртұтас күштер, олар болмаған кезде дүниеде ең ұсақ шаңнан басқа ештеңе болмас еді.
“ Ұлы ағылшын ғалымы Кельвин: «Сабын көпіршігін үрлеңіз және оған қараңыз: сіз одан физика сабақтарын алуды тоқтатпай, оны өмір бойы зерттей аласыз».
Сабын көпіршіктерімен ерекше қызықты эксперименттер.
Сіз сабын көпіршіктерін үрлей аласыз ба? Бұл көрінгендей қарапайым емес. Ал үлкен әрі әдемі көпіршіктерді үрлеу шеберлікті қажет ететін өнер түрі екеніне тәжірибе жүзінде көз жеткізбейінше, бұл жерде шеберліктің қажеті жоқ сияқты көрінді.
(Сабын көпіршіктерімен тәжірибелер көрсету).
Әдебиет.
- Асламазов Л.Г., Варламов А.А., Ғажайып физика, М.: Наука, 1988 ж.
- Генденштейн Л.Е., Физика 11 сынып, М.Мнемосине, 2009 ж.
- Касьянов В.А., Физика 11-сынып – М.: Бустард, 2002 ж.
- Мякишев Г.Я., Физика 11 сынып, М.: Білім, 2004 ж.
- Щербакова Ю.В., Сабақтар мен сыныптан тыс жұмыстардағы көңіл көтеру физикасы, М.: Глобус, 2010 ж.
- Интернет ресурстары:
Беттік керілу,
Сабын көпіршігі ауада болды...
Қолдану.
Сабын көпіршігі ерітіндісінің рецептері.
Күшті сабын көпіршіктерін алу үшін біз бірнеше түрлі рецепттерді ұсынамыз.
600 г су + 200 г ыдыс жууға арналған сұйық жуғыш зат + 100 г глицерин
600 г ыстық тазартылған су + 300 г глицерин + 50 г ұнтақ жуғыш зат + 20 тамшы аммиак. (Ерітінді бірнеше күн бойы отыруы керек, содан кейін оны сүзгіден өткізіп, қолданар алдында 12 сағат бойы тоңазытқышқа қою керек).
300 г су + 300 г ыдыс жууға арналған сұйық сабын + 2 сағ. қант қасықтары.
4-ші. Сабын жоңқаларының қасықтарын 400 г ыстық суда ерітіңіз (оны отта жасаған дұрыс). Оны бір аптаға қалдырыңыз. Осыдан кейін 2 сағат қосыңыз. қант қасықтары.
200 гр үшін. ыдыс жууға арналған жуғыш зат 600 мл. су, 100 мл. глицерин
Сұйық сабын немесе сусабын (балаларға жақсырақ) – 0,5 кесе. Су - 1,5 кесе. Қант - 2 шай қасық. Тағамдық бояу - тамшы
Бастау үшін көлемі шамамен 1 литр сұйықтыққа арналған контейнер дайындаңыз. Жылы суға құйыңыз. Бір бөтелке Fairy (ыдыс жууға арналған сұйықтық) алыңыз және жылы суға 50-60 грамм Fairy қосыңыз. Алынған ерітіндіні көбік жасамас үшін ақырын және баяу араластырыңыз. Кез келген дәріханада сатып алуға болатын 30-40 грамм кәдімгі глицерин қосып, қайтадан ақырын араластырыңыз. Алынған ерітінді үлкен сабын көпіршіктерін үрлеу үшін пайдаланылуы мүмкін.
Жақсы кеңес! Есіңізде болсын, ерітінді тым көбік болмауы керек. Егер ерітіндінің бетіне көп көбік түссе, оны қолмен алып тастаңыз немесе үрлеп тастаңыз!
Құралдар
Сабын ерітіндісінен басқа сізге қажет болуы мүмкін:
Көпіршікті сабан (коктейль сабанында бірнеше кесектер жасаңыз және оларды «гүл» қалыптастыру үшін бүйірлеріне бүгіңіз)
Түрлі диаметрлер мен пішіндегі көпіршіктерді үрлеуге арналған сақиналар
Механикалық немесе электрлік көпіршікті үрлегіш.
Жүн қолғап немесе қолғап
Үлпілдек көрпе (немесе кілем)
Сабын және клеенка
Тегіс металл пластина
Әртүрлі геометриялық пішіндегі бірнеше сым жақтаулар мен жақтаулар
Шұңқыр
Камера
Міне, көпіршіктермен қызықты эксперименттер.
Эксперименттерді баяу, мұқият, байсалды түрде жүргізу керек. Жарықтандыру жарқын болуы керек: әйтпесе көпіршіктер кемпірқосақ реңктерін көрсетпейді!
1 . Стакан алыңыз, сұйық сабынды сумен араластырыңыз (1 қасық су және 3 қасық сұйық сабын). Циклды қоспаға батырыңыз. Циклді шығарғанда не көреміз? Біз ілмекке баяу үрлейміз. Не болып жатыр? Сұйық сабын өте жұқа қабықшаға созылуы мүмкін. Ол циклде қалады. Біз ауаны шығарамыз, пленка оны орап алады және ол шығадыкөпіршік.
2 . Қолданар алдында сабын көпіршіктеріне арналған ерітіндіні тоңазытқышта бірнеше сағатқа қойған жөн.
Жұмыс бетін сулаңыз. (Беті тегіс: шыны, болат, пластмасса немесе пластмасса пластина.) Сабынды сабынды ерітіндіге батырып, көпіршікті үрлеп, шыныға абайлап қойыңыз - ол жұмыс істейді.күмбез.
Сабанды сабын ерітіндісіне жақсылап сіңіріп, бірінші күмбезді абайлап тесіп, сабанға үрлеңіз - ішінде кішірек күмбез пайда болады. (3 рет қайталау) Әрбір жаңа күмбез алдыңғыға тиіп кетпеуі керек.
Нәтиже. Әрбір келесі көпіршік алдыңғысының ортасында орын алады және оның ұлғаюына әкеледі.
3 . Сабын көпіршіктері.
Жүннен жасалған бұйымды алыңыз (шарф, көпіршікті сұйықтық (тоңазытқышта салқындатылған), коктейль сабаны, үстел теннисі қалақшасы).
Ракетканы шарфпен ораңыз. Допты үрлеп, ракеткаға түсіріп көріңіз. Допты ақырын секіруге тырысыңыз. Нәтиже: сабын көпіршігі пішінін өзгертпей немесе жарылып кетпей, ракеткаға ақырын түседі және тіпті секіреді!
4 . Сіз бұл тәжірибені қыстың суық күнінде жасай аласыз, сіз бұл допты сырттағы «жүн табаққа» ала аласыз. Ол қатып қалады және көрінедішырша ойыншығы сияқты.
Көпіршікті жылы бөлмеден суық бөлмеге өткенде байқау қызықты: ол көлемі азаяды және керісінше, салқын бөлмеден жылыға өткенде ісінеді. Мұның себебі, әрине, көпіршіктің ішіндегі ауаның қысылуы мен кеңеюінде жатыр. Егер, мысалы, аязды ауа-райында - 15 ° C болса, көпіршіктің көлемі 1000 текше метрді құрайды. см және ол суықтан температурасы +15 ° C болатын бөлмеге келді, содан кейін көлемі шамамен 1000 * 30 * 1/273 = шамамен 110 текше метрге артуы керек. см.
5 . Сабын көпіршіктерімен сурет салу.
Ерітінді дайындаймыз (5 ас қасық гуашь + 1 ас қасық сабын + 1 шай қасық су). Қоспаға түтікшені батырып, сабын көпіршіктерін жасау үшін үрлеңіз. Қағаз парағын алыңыз және оны қағазға тасымалдағандай көпіршіктерге ақырын тигізіңіз. Нәтижелері керемет.
Гүлдің айналасындағы сабын көпіршігі. Сабын ерітіндісін табаққа немесе науаға жеткілікті мөлшерде құйыңыз, сонда пластинаның түбі 2 - 3 мм қабатпен жабылады; Ортасына гүл немесе ваза қойылып, шыны шұңқырмен жабылады. Содан кейін шұңқырды баяу көтеріп, олар оның тар түтігіне үрлейді - сабын көпіршігі пайда болады; бұл көпіршік жеткілікті мөлшерге жеткенде, шұңқырды еңкейтіңіз, оның астындағы көпіршікті босатыңыз. Содан кейін гүл кемпірқосақтың барлық түстерімен жарқыраған сабын пленкасынан жасалған мөлдір жартылай шеңберлі қалпақ астында жатыр. Гүлдің орнына басын сабын көпіршігімен безендіріп, мүсінше алуға болады. Мұны істеу үшін алдымен мүсіншенің басына аздап ерітінді тамызу керек, содан кейін үлкен көпіршікті үрлеп болған кезде, оны тесіп, ішіндегі кішкенесін үрлеңіз.
- Цилиндр екі сым сақинасының арасында сабын пленкасы пайда болады. Ол үшін кәдімгі сфералық көпіршікті төменгі сақинаға түсіреді, содан кейін суланған екінші сақина көпіршіктің үстіне қойылады және оны жоғары көтеріп, көпіршік цилиндр тәрізді болғанша созылады. Бір қызығы, егер сіз жоғарғы сақинаны сақинаның шеңберінен үлкенірек биіктікке көтерсеңіз, цилиндр бір жартысында тарылып, екіншісінде кеңейіп, содан кейін екі көпіршікке бөлінеді.
Сондай-ақ, сабын көпіршіктерінің нәзіктігі туралы әдеттегі идеялар мүлдем дұрыс емес екенін атап өткен жөн: дұрыс өңдеу кезінде сабын көпіршігін ондаған жылдар бойы сақтауға болады. Ағылшын физигі Дьюар (ауаны сұйылту жөніндегі жұмыстарымен танымал) сабын көпіршіктерін шаңнан, кептіруден және ауа соққысынан жақсы қорғалған арнайы бөтелкелерде сақтаған; мұндай жағдайларда ол бір ай немесе одан да көп көпіршіктерді сақтай алды. Америкадағы Лоуренс сабын көпіршіктерін шыны жамылғы астында жылдар бойы сақтай алды.
Суықта сабын көпіршіктерімен эксперименттер үшін.
Сізге аз мөлшерде таза глицерин қосылған қар суында сұйылтылған сусабын немесе сабын және шарикті қаламнан пластик түтік дайындау керек. Жабық, салқын бөлмеде көпіршіктерді үрлеу оңайырақ, өйткені жел әрдайым дерлік сыртта соғады.Үлкен көпіршіктер сұйықтықтарды құюға арналған пластик шұңқырдың көмегімен оңай үрленеді.
Баяу салқындаған кезде көпіршік шамамен –7°C температурада қатып қалады. Сабын ерітіндісінің беттік керілу коэффициенті 0°С-қа дейін салқындаған кезде аздап артады, ал одан әрі 0°С-тан төмен салқындағанда ол төмендейді және мұздату сәтінде нөлге тең болады. Көпіршік ішіндегі ауа қысылғанымен, сфералық пленка кішіреймейді. Теориялық тұрғыдан алғанда, көпіршікті диаметрі салқындату кезінде 0 ° C дейін төмендеуі керек, бірақ іс жүзінде бұл өзгерісті анықтау өте қиын болатын аз мөлшерде.
Фильм нәзік емес болып шықты, өйткені мұздың жұқа қыртысы болуы керек сияқты. Егер сіз кристалданған сабын көпіршігінің еденге түсуіне жол берсеңіз, ол шыршаны безендіру үшін қолданылатын шыны шар сияқты сынбайды немесе шырылдаған фрагменттерге айналмайды. Оның үстінде ойықтар пайда болады, ал жеке фрагменттер түтіктерге айналады. Пленка сынғыш емес болып шығады, ол пластикалық көрсетеді. Пленканың пластикасы оның шағын қалыңдығының салдары болып шығады.
Назарларыңызға сабын көпіршіктері бар төрт қызықты экспериментті ұсынамыз. Алғашқы үш тәжірибені –15...–25°С, ал соңғысын –3...–7°С температурада жүргізу керек.
Тәжірибе 1
Сабын ерітіндісі бар құмыраны қатты суыққа шығарып, көпіршікті үрлеңіз. Бірден жер бетінің әртүрлі нүктелерінде кішкентай кристалдар пайда болады, олар тез өсіп, ақырында біріктіріледі. Көпіршік толығымен қатып қалса, оның жоғарғы бөлігінде, түтіктің соңына жақын жерде ойық пайда болады.
Көпіршіктегі ауа және көпіршікті қабық төменгі бөлігінде салқынырақ, өйткені көпіршіктің жоғарғы жағында аз салқындатылған түтік бар. Кристалдану төменнен жоғарыға қарай таралады. Аз салқындаған және жұқа (ерітіндінің ісінуіне байланысты) көпіршікті қабықтың жоғарғы бөлігі атмосфералық қысымның әсерінен майысады. Көпіршіктің ішіндегі ауа неғұрлым салқындаған сайын, ойық соғұрлым үлкен болады.
Тәжірибе 2
Түтіктің ұшын сабынды ерітіндіге батырыңыз, содан кейін оны алыңыз. Түтіктің төменгі ұшында биіктігі шамамен 4 мм болатын ерітінді бағаны болады. Түтіктің ұшын алақанның бетіне қарсы қойыңыз. Баған айтарлықтай азаяды. Енді көпіршікті кемпірқосақ түсі пайда болғанша үрлеңіз. Көпіршіктің қабырғалары өте жұқа болып шықты. Мұндай көпіршік суықта ерекше әрекет етеді: ол қатып қалған кезде бірден жарылып кетеді. Сондықтан өте жұқа қабырғалары бар мұздатылған көпіршікті ешқашан алу мүмкін емес.
Көпіршікті қабырғаның қалыңдығын мономолекулалық қабаттың қалыңдығына тең деп санауға болады. Кристалдану пленка бетіндегі жеке нүктелерден басталады. Бұл нүктелердегі су молекулалары бір-біріне жақындап, белгілі бір ретпен орналасуы керек. Су молекулалары мен салыстырмалы қалың қабықшалардың орналасуындағы қайта реттеулер су мен сабын молекулалары арасындағы байланыстың бұзылуына әкелмейді, бірақ ең жұқа қабықшалар жойылады.
Тәжірибе 3
Екі банкаға бірдей мөлшерде сабын ерітіндісін құйыңыз. Біреуіне бірнеше тамшы таза глицерин қосыңыз. Енді осы ерітінділерден шамамен бірдей екі көпіршікті бірінен соң бірі үрлеп, шыны табаққа салыңыз. Көпіршікті глицеринмен мұздату сусабын ерітіндісіндегі көпіршікке қарағанда сәл басқаша жүреді: басталуы кешіктіріледі, ал мұздатудың өзі баяу. Назар аударыңыз: сусабын ерітіндісіндегі мұздатылған көпіршік глицерин қосылған мұздатылған көпіршікке қарағанда суықта ұзақ сақталады.
Сусабын ерітіндісінен мұздатылған көпіршіктің қабырғалары монолитті кристалды құрылым болып табылады. Кез келген жерде молекулааралық байланыстар бірдей және күшті, ал глицеринмен бір ерітіндіден мұздатылған көпіршікте су молекулалары арасындағы күшті байланыстар әлсірейді. Сонымен қатар, бұл байланыстар глицерин молекулаларының жылулық қозғалысы арқылы бұзылады, сондықтан кристалдық тор тез сублимацияланады, яғни ол тезірек ыдырайды.
Тәжірибе 4
Жұмсақ аязда көпіршікті үрлеңіз. Оның жарылуын күтіңіз. Көпіршіктер суықта қанша уақыт тұрса да қатып қалмайтынына көз жеткізу үшін тәжірибені қайталаңыз. Енді қар ұшқынын дайындаңыз. Көпіршікті үрлеп, оның үстіне бірден қар ұшқынын түсіріңіз. Ол лезде көпіршіктің түбіне қарай сырғып кетеді. Қар түйіршіктері тоқтаған жерде фильмнің кристалдануы басталады. Соңында бүкіл көпіршік қатып қалады. Қарға көпіршік қойсаңыз, ол да біраз уақыттан кейін қатып қалады.
Жұмсақ аяздағы көпіршіктер баяу суытады және сонымен бірге өте суытады. Қар түйіршіктері кристалдану орталығы болып табылады. Дәл осындай құбылыс қарда да болады.
Сабын көпіршіктерімен тағы бірнеше фантастикалық эксперименттер:
- Сізге не қажет:
Екі жұқа металл тоқылған инелер немесе екі бұтақ;
Жібек жіптер;
сым;
Сүзгі қағазы;
Сабын ерітіндісі.
Қалыңдығы 4 мм болатын екі жұқа тоқылған инені немесе екі ағаш бұтақты алыңыз және олардың ұштары арасында екі жібек жіпті созыңыз. Енді сізде төртбұрышты жақтау бар. Үстіңгі таяқшаға басқа жіпті байлаңыз, сонда сіз жақтауды бұтаққа тигізбей ұстай аласыз. Бұл жақтауды сабынды суы бар ыдысқа салыңыз (ерітіндіге глицериннің бірнеше тамшысын қосқан дұрыс). Егер сіз жақтауды баяу көтерсеңіз, онда сабынның жұқа қабығы пайда болады.
Бүйірлік жіптердің арасына үшінші жіпті тартпай созып, төртінші жіпті осы үшінші жіптің ортасына байлауға болады. Олар сабын пленкасында еркін жатады. Енді сүзгі қағазының бір бөлігімен пленканың түбіне тигізіңіз - көлденең жіп пен төменгі бұтақтың арасына. Пленканың төменгі бөлігі жарылып кетеді, ал үстіңгі бөлігі көлденең жіпті жарты шеңбер бойымен бірден жоғары қарай тартады. Енді төртінші жіпті тартыңыз: пленкадағы тесік қос жапырақты қақпаның пішінін алады (суреттегі санмен көрсетілген) Жіпті босатыңыз - пленка қайтадан көлденең жіпті жарты шеңберге тартады.
2 . Сізге не қажет:
сым;
Қалың, тегіс таяқша;
Сабын ерітіндісі.
Қалың, біркелкі таяқшада, көлденең қимасы дөңгелек, сымнан спираль жасаңыз; сымның тағы бір бөлігін алыңыз, ол осы спиральдың осі болады. Спиральдың ұштарын осьтің ұштарына бұраңыз.
Егер сіз қазір бұл сым құрылғысын сабын ерітіндісіне батырсаңыз, оны кемпірқосақтың барлық түстеріне құйылған әдемі бұрандалы пленка қоршайды. Тек сабын ерітіндісі бар ыдыс өте кең болуы керек.
Ыңғайлы болу үшін сіз бұл құрылғыны жақсарта аласыз, оны одан да жақсарта аласыз, осылайша спиральды бұрылыстарды бір-біріне жақындатып, ажырата аласыз. Содан кейін сіз кішкене шыныаяқты ала аласыз, сонда тәжірибе әсерлі көрінеді. Біздің сурет осындай жетілдірілген құрылғының қалай көрінетінін көрсетеді.
Не болады:
Сабын пленкасы спираль мен ось арасында әдемі иридесцентті бұранда түрінде созылады, оның бұрылыстары арасындағы қашықтық үлкенірек немесе кішірек болуы мүмкін.
- Сізге не қажет:
Екі сым сақинасы;
Сабын ерітіндісі;
Түтік.
Досыңыздан цилиндрлік сабын көпіршігі көлденең күйде болуы үшін сым сақиналарын ұстауды сұраңыз. Егер сақиналар арасындағы қашықтық олардың диаметрінен үш еседен аспаса, біздің цилиндр осы күйде өз пішінін сақтайды.
Енді цилиндрге түтік салып, оның ішіндегі кішкене шарды үрлейміз; Оны түтіктен жеңіл жарылыспен сілкіп алайық. Ол жарылып кетпей, цилиндрдің пленкасына түседі.
Енді досыңызға біздің суретте көрсетілгендей цилиндрді сәл еңкейтуге рұқсат етіңіз. Ал сіз кішкентай доптың цилиндр ішінде сырғып жатқанын көресіз. Ол толығымен еркін сырғанайды, өйткені ол цилиндрге кез келген нүктеде тимейді және біздің екі көпіршікті пленкалардың арасында әрқашан жұқа ауа қабаты бар!
Не болады:
Кішкентай шардың цилиндрдің ішіне қаншалықты оңай сырғып кетуінен олардың қабырғалары жанаспайтыны анық көрінеді.
5. Сізге не қажет:
натрий олеаты 20 г;
тазартылған су 0,75 л;
глицерин 0,25 л;
1 литр сыйымдылығы бар таза шыны бөтелке;
Сым сақинасы; түтік.
Егер сіз ең керемет сабын көпіршіктерін үрлегіңіз келсе, химиялық реагенттер сататын дүкеннен олеин содасын (натрий олеаты) сатып алуыңыз керек.
Әрі қарай, таза бөтелкені алып, оның төрттен үш бөлігін тазартылған сумен толтыру керек. Содан кейін суға олеиндік сода салмағының 1/40 бөлігін құйып алу керек; бір күн ішінде ол суда ериді. Содан кейін бөтелкені тазартылған глицеринмен жоғары толтырып, алынған қоспаны мұқият шайқау керек. Енді бөтелкені жақсылап жауып, бір аптаға жуық қараңғы жерге қою ғана қалды. Осыдан кейін таза сұйықтық сифон арқылы басқа контейнерге құйылады және тығыз жабылған салқын, қараңғы жерде сақталуы керек. Осылайша дайындалған ерітіндіні жылдар бойы сақтауға болады.
Тәжірибелерден кейін қалған сұйықтықты ерітіндісі бар бөтелкеге ешқашан құймаңыз!
Ерітіндіге жақсы малынған сым сақинасынан сабын көпіршігін іліп қоямыз. Саусақпен төменнен ілулі тұрған тамшыны алып тастаңыз. Енді көпіршігімізге түтік салып, оның ішіндегі тағы бір допты үрлеп көрейік: ол себеттегі алма сияқты оның ішінде жатыр. «Алма» жеңілірек болуы және «себет» жарылып кетпеуі үшін оны пайдалануға бермес бұрын түтікті жақсылап шайқап алайық - сонда біздің «алмаға» ерітіндінің қауіпті тамшысы болмайды.
Не болады:
Кішкене сабын көпіршігі сым сақинаға ілінген үлкен көпіршіктің ішінде болады.
Жоғарыда сипатталған бірнеше эксперименттер мұндай маңызды мақсаттарды көздемейді. Бұл бізді сабын көпіршіктерін үрлеу өнерімен ғана таныстыратын қызықты ойын-сауық. Ағылшын физигі Чарльз Бойс өзінің «Сабын көпіршіктері» кітабында олармен әртүрлі тәжірибелердің ұзақ сериясын егжей-тегжейлі сипаттады. Біз қызығушылық танытқандарды осы тамаша кітапқа бағыттаймыз, біз тек ең қарапайым тәжірибелерді сипаттадық.
Алдын ала қарау:
Презентацияны алдын ала қарауды пайдалану үшін Google есептік жазбасын жасап, жүйеге кіріңіз:
Бензин сумен араласпайды. Сондықтан, мысалы, жолдағы шалшыққа құлаған кезде, ол оның бетіне жайылып, жұқа пленка жасайды. Бұл фильмнің керемет физикалық қасиеті бар - мұндай кемпірқосақ суреттерін жасау.
Неліктен бұл болып жатыр?
Бензин пленкасына түсетін жарық сәулелері бөлінеді: сәуленің бір бөлігі бензин қабықшасының бетінен (ауа мен бензин арасындағы шекара) шағылысады, ал бір бөлігі бензин қабаты арқылы өтіп, бензин-су шекарасына жетеді және одан шағылысады. шекара (басқа бөлігі тереңірек суға түседі, бірақ біздің сұрағымыз үшін бұл компонент маңызды емес).
Нәтижесінде біз екі шағылысқан сәулені аламыз, ал екіншісі біздің көзімізге барар жолда біріншіден артта қалады, өйткені ол пленканың қалыңдығын екі рет жеңуге тура келді. Бұл екі сәуле бір-бірімен қабаттасады, нәтижесінде олардың энергиясы кеңістікте қайта бөлінеді. Алынған тербелістер не күшейеді, не әлсірейді. Егер сынған 2 толқын (суретті қараңыз) толқын ұзындығының бүтін санына шағылған 1 толқыннан артта қалса, күшейту орын алады. Егер екінші толқын біріншіден жарты толқын ұзындығына немесе жарты толқындардың тақ санына артта қалса, онда жарық әлсірейді.
Бұл құбылыс физикада деп аталады жарық интерференциясы.
Y нүктесінен шығатын қызыл жарық сәулесі екі сәуленің қосындысы:
пленка арқылы өткен сәуленің 1 бөлігі және сәуленің 2 бөлігі,
сыртқы бетінен шағылысады.
XOY жолының ұзындығы пленкаға түсетін жарық толқын ұзындығының еселігі,
сондықтан екі сәуле де фазаға қосылады және күшейтіледі.
Бұл жағдайда берілген пленка қалыңдығы үшін көк сәулелер
антифазаға қосыңыз, өйткені
XOY қашықтығы толқын ұзындығына пропорционал емес.
Нәтижесінде сәулелер антифазаға қосылады
және сөнеді: көк түс пленкадан көрінбейді.
Интерференция құбылысы болуы үшін шағылған екі сәуле синхронды, дәйекті болуы керек, яғни олардың толқын ұзындығы бірдей, фазалық ығысу тұрақты болуы керек (физиктер мұндай толқындарды когерентті деп атайды). Кәдімгі жарық көздері когерентті емес, өйткені олар бір-бірінен тәуелсіз және үйлесімсіз жұмыс істейтін көптеген атомдық сәуле шығарғыштардан тұрады.Жұқа қабықтың сыртқы және ішкі беттерінен шағылған толқындар когерентті, өйткені олар бір жарық көзінің бөлігі болып табылады.сәуле.
Егер жарық сәулелерінің толқын ұзындығы бірдей болса, яғни олар бір түсті болса (мұндай жарық көзі монохроматикалық деп аталады), онда интерференциялық үлгі жарық пен қара жолақтардың кезектесуі сияқты көрінеді (сәйкесінше интерференциялық максимум және минимум). Бірақ күн сәулелері ақ, оларда бүкіл көрінетін спектрдің толқындары бар. Сондықтан күн сәулесінен бензин пленкасында алынған сурет көп түсті, кемпірқосақ түсті.
Өйткені, пленкадан шағылысқан сәулелердің жолындағы айырмашылық оның қалыңдығына байланысты. Белгілі бір қалыңдықта белгілі бір толқын ұзындығы үшін максималды шарт орындалады және шағылысқан жарықтағы пленка осы толқын ұзындығына сәйкес түске ие болады. Егер пленканың қалыңдығы өзгермелі болса және судағы бензин пленкасы дәл солай болса, онда интерференциялық жиектер кемпірқосақ түсіне ие болады, өйткені пленканың әртүрлі бөліктерінде әртүрлі толқын ұзындығы үшін максималды жағдай қанағаттандырылады.
Дегенмен, бұл біркелкі қалыңдығы бар пленкадағы кедергілерді байқау мүмкін емес дегенді білдірмейді: ақырында, интерференциялық әсер пленканың қалыңдығымен ғана емес, сонымен қатар басқа факторлармен де анықталады, мысалы, бұрыштың бұрышы. жарық сәулесінің түсуі, пленканың сыну көрсеткіші.
Жарық интерференциясы құбылысын тек жұқа қабықшаларда ғана байқауға болады, олардың қалыңдығы оларға түсетін жарықтың толқын ұзындығымен салыстыруға болады (бірақ міндетті түрде одан үлкен). Өйткені, жарық толқын ұзындығы әртүрлі сәулелердің қосындысы. Қалың қабықшадан өткенде сәулелердің өтуіндегі айырмашылықтар өте әртүрлі болады, ал шағылған сәулелер когерентті болмайды. Яғни, әрине, кейбір толқындар фазада болады, ал кейбіреулері фазадан тыс болады, бірақ одан да көп үйлесімсіз толқындар болады және интерференция үлгісі жай ғана «жағындырады». Соған қарамастан, қалың қабықшаларда кедергі байқалуы мүмкін, ол үшін жарық көзі монохроматикалық болуы керек.
Жарық интерференциясын тек судағы бензин пленкаларында ғана емес байқауға болады.
Теңізде мұнай төгілу кезінде су беті кемпірқосақ дақтарымен жабылады - бірақ мұнай қабықшасы жұқа, қалыңдығы микроннан аспайтын жағдайларда ғана, яғни апаттың ауқымы салыстырмалы түрде аз.
Кедергі ықшам дискілердің бетінде иридесценцияны тудырады.
Сабын көпіршіктерінің иридесценциясы да интерференцияның нәтижесі болып табылады. Сабын көпіршігі қабырғасының қалыңдығы көрінетін спектрдің толқын ұзындығынан сәл үлкенірек. Қабырғасының қалыңдығы азайған сайын, көпіршік бірте-бірте түсін өзгертеді. Қалыңдығы 230 нм болғанда қызғылт сары, 200 нм жасыл түске, 170 нм көк түске айналады. Пленканың қалыңдығы біркелкі емес өзгереді, сондықтан оның дақ көрінісі бар. Судың булануы салдарынан сабын көпіршігі қабырғасының қалыңдығы көрінетін жарықтың толқын ұзындығынан аз болған кезде, көпіршік кемпірқосақ түстерімен жарқырауды тоқтатады және жарылғанға дейін дерлік көрінбейді - бұл қабырға қалыңдығы шамамен 20 болғанда болады. -30 нм.
Ю.Гегузин
Кітаптан үзінді: Гегузин Я.Е. Көпіршіктер. - Долгопрудный: «Интеллект» баспасы, 2014 ж.
Ғылым және өмір // Иллюстрациялар
Жұқа қабықша түсіндегі қара дақтардың пайда болуын түсіндіретін диаграмма.
Адамдар сабын көпіршіктері туралы ойлаған сайын, әңгіме олардың түсі туралы, дәлірек айтқанда, олардың түстері туралы немесе, дәлірек айтқанда, олардың түстері туралы болады. Сондықтан С.Я.Маршак өз өлеңдерінде көпіршіктің түстеріне таңданады:
Тауыстың құйрығындай күйеді
Оның құрамында қандай түстер жоқ?
сирень, қызыл, көк,
Жасыл, сары түс.
Және сәл әрі қарай:
Ашық кеңістіктегі шамдар
Жеңіл доп ойналады.
Сонда теңіз көгереді,
Ішінде от жанып жатыр.
Маршактың қуанышына, бәлкім, әрқайсымыз поэзияда емес, прозада айтылған өзімізді қоса аламыз.
Сабын көпіршіктерінің түсінің пайда болу себебі неде?
Біріншіден, мәселенің өте қысқаша тарихы. 18 ғасыр физикасы 19 ғасырға жарықтың табиғаты туралы қарама-қайшы идеяларды берді. «Корпускулярлық» жарық – гипотетикалық бөлшектердің ағыны – корпускулалар туралы идеялар Ньютонға дейін жеткен. Ньютон бөлшектер көздің тор қабығына түскенде жарық сезімін қоздырады деп есептеді: кішкентай денешіктер күлгін, ал үлкенірек денешіктер қызыл түсті әсерді тудырады. Бұл идеялар жарықтың таралуының кейбір заңдылықтарын түсіндіре отырып, көптеген құбылыстарды, соның ішінде жарықтың интерференциясын түсіндірместен қалдырды.
Жарықтың толқындық табиғаты туралы идеялар Гримальдиге, Гук пен Гюйгенске оралды. Ньютонның кіші замандасы, итальяндық физик Франческо Гримальди жарықтың таралуын судағы толқындардың таралуымен салыстырды.
Біз XVIII-XIX ғасырлар арасындағы бұрылысты еске түсірдік, өйткені ол кездегі ең ұлы физиктердің бірі Томас Янг өмір сүрді, оның зерттеулері жарықтың толқындық түсініктерін негіздеді, атап айтқанда, интерференцияның барлық көріністерін түсіндіреді. Ал «интерференция» терминінің өзін ғылымға алғаш рет Юнг енгізді.
Ол теңдесі жоқ сан қырлы талант иесі, шығармашылық қызығушылықтары шексіз еді. Бірақ, мүмкін, оның ең маңызды жетістіктері жарықтың толқындық табиғаты туралы және, атап айтқанда, интерференция құбылысының табиғаты және жұқа пленкалардың түстері туралы идеялардың дамуымен байланысты. Француз физигі Доменик Араго Томас Янг туралы былай деп жазды: «Доктор Янгтың атын мәңгілікке қалдыруға арналған ең құнды жаңалығы өте елеусіз болып көрінетін нәрседен шабыттанды: сабын көбікінің өте жарқын және жеңіл көпіршіктері, ол мектеп оқушысының сабасынан әрең құтылып, ең байқалмайтын ауа қозғалысының ойыншығына айналады».
Поэзияға, ләззатқа және тарихқа құрмет көрсетіп, физикаға жүгініп, «сабын көпіршігі оптикасы» туралы сөйлесейік. Оқырман жарықтың таралуы толқындық процесс екенін және таралатын монохроматикалық толқынның белгілі бір толқын ұзындығы λ0 болатынын біледі. Сондай-ақ, жарық сәулесі екі ортаның интерфейсінен шағылысып, осы шекарадан өткенде оның сынатыны белгілі. Сондай-ақ ақ түс деп аталатын көп түсті монохроматикалық сәулелердің қоспасы екені белгілі - қызылдан күлгінге дейін. Қызыл сәуленің толқын ұзындығы күлгін сәулеге қарағанда ұзағырақ. Ақырында, пленканың бос болудан субстанцияға өту кезінде толқын ұзындығы λ0 өзгеріп, λw-ға тең болатыны белгілі. n = λ0/λв шамасы сыну көрсеткіші деп аталады.
Енді монохроматикалық жарықты, толқын ұзындығы λ0, белгілі i бұрышпен қалыңдығы h жұқа қабықшаның бетіне бағыттайық. Бұл болады: жарық сәулесі пленка бетінен ішінара шағылысып, ішінара r бұрышында сынған, оның көлеміне енеді. Дәл сол нәрсе пленканың төменгі бетінде болады: сыну және шағылу. Шағылған сәуле жоғарғы бетке қайта оралып, шағылысып, сынады және оның бір бөлігі пленкадан шығып, сол жерде түскен бастапқы сәуленің сәулелерінің бірімен кездеседі. Бұл С нүктесінде болады. Бұл нүкте бізді негізінен қызықтырады.
С нүктесінде бір көзден туатын, бірақ әртүрлі жолдармен жүретін екі сәуле кездеседі. Мұндай сәулелер «когерентті» деп аталады. Олардың ерекшелігі тербелістері арасындағы фазалық айырмашылық өзгеріссіз қалады. Бұл сәулелердің С нүктесіндегі өзара әрекеттесу сипаты олардың осы нүктеге жеткенге дейін жүріп өткен жолдарының айырмашылығымен анықталады. Бұл жол айырымы оптикалық жол айырымы ∆ деп аталады. Өте қарапайым есептеу мен анықтамадан n = sin i/ sin r мынадай қорытынды шығады
∆ = 2hn cos r.
Біз Томас Янгтың ең маңызды жетістігіне жеттік. Он обратил внимание на то, что при выполнении условия ∆ = kλ0/2 (k - целое число) могут иметь место два существенно различных эффекта: если k - чётное число, волны усилят друг друга, а если нечётное - ослабят, точнее говоря, погасят бір-бірін.
Юнг бойынша интерференциялық механизмнің негізгі идеясының күші таңқаларлық, бұл таңғажайып эксперименттік фактіні табиғи түрде түсіндіреді: жарық жарықпен біріктірілгенде қараңғылықты тудырады! Кейбір оқырмандарға алынған нәтижеде қанағаттанарлықсыз нәрсе бар сияқты көрінуі мүмкін, өйткені қараңғылықтың пайда болуы энергияның жоғалуын білдіреді және бұл анық болмауы керек. Шындығында, бұл энергия интерференция процесі кезінде жоғалмайтындықтан, ол екі сәуленің бірін-бірі күшейтетін жерде жиналып, қайта бөлінеді дегенді білдірмейді.
∆ анықтайтын формулаға сүйене отырып, біз «сабын көпіршігі оптикасы» деп аталатын нәрсе туралы көп нәрсені түсіне аламыз. Формулада берілген n мәні үшін жарықтың толқын ұзындығы λ0, қабықшаның қалыңдығы h және r бұрышы, демек i қабықшаға сәуленің түсу бұрышы біріктірілген. Қалыңдығы тұрақты қабықшадан түзілген көпіршіктің бетіне ақ жарық шоғы түседі, ал сәуле көпіршік бетінің әртүрлі бөліктерімен әртүрлі бұрыштарда кездеседі деп алайық. Бұл шағылған сәуленің күшеюі жағдайында әртүрлі толқын ұзындығы бар сәулелер түсіп, көпіршіктің әртүрлі бөліктері кемпірқосақтың әртүрлі түстерімен жарқырайды: күлгін, қызыл, көк, жасыл, сары. Бұл басқа себеппен де болуы мүмкін: көпіршікті пленканың әртүрлі бөліктері уақыт өте келе қалыңдығын өзгертеді (қазір h өзгереді), сондықтан «не теңіз көгереді, не онда өрт бар». Сабын көпіршігіне мұқият қарасаңыз, оның түсін өзгертетін сұйықтық ағындарын анық көре аласыз.
Көптеген предшественниктерге сүйене отырып, біз сабын көпіршігі пленкасының әртүрлі бөлімдері орналасқан жағдайларға жақын жағдайларда сабын пленкаларына интерференция экспериментін жүргізе аламыз. Сабын көпіршігінде әрқашан ауырлық күшінің әсерінен сұйықтық төмен қарай жылжитын аймақтар бар, демек, пленканың қалыңдығы өзгереді және онымен оның түсі өзгереді.
Бұл тәжірибе. Жақтаудағы жалпақ пленка тігінен орналастырылған. Уақыт өте келе ол сына пішінін алады: жоғарғы жағы жіңішке, төменгі жағы қалыңырақ. Оның түсі жолақты, көп түсті, уақыт өте өзгереді. Ол сұйықтық ағынымен бірге қалқып бара жатқан сияқты.
Сабын көпіршігі оптикасы туралы әңгімені аяқтау үшін көпіршіктің түсіндегі қара жолақтар мен дақтар туралы айту керек. Олар әсіресе көпіршіктің өмір сүруіне санаулы сәттері қалғанда анық көрінеді.
Қара дақтардың пайда болуының физикалық себебін түсінуге тырысайық, ∆ жұқа қабықшадағы сәулелердің жолындағы оптикалық айырмашылықты талқылай отырып, біз жарықтың пленкамен әрекеттесуінде бір деталь туралы үндемей қалдық. Бұл бөлшек қабық қалың болғанда (h ≥ λ0) аса маңызды емес, ал қабық жұқа болғанда (h) елемеуге болмайды.<< λ0). Дело в том, что, как оказывается, отражение луча от границ воздух-плёнка и плёнка-воздух происходит так, что оптическая разность хода при этом скачком изменяется на половину длины волны. В соответствующем разделе теоретической оптики это обстоятельство доказывается математически строго. Известны, однако, совсем простые рассуждения английского физика Джорджа Стокса, отчётливо объясняющие это явление. Приведём его рассуждения. Если направление распространения луча, отражённого от границы воздух-плёнка (BD), и луча, преломлённого в ней (ВС), обратить, они должны образовать луч (ВА), равный по интенсивности и направленный противоположно первичному лучу (АВ). Это утверждение справедливо, оно попросту отражает закон сохранения энергии. Обращённые лучи СВ и DB, вообще говоря, могли бы образовать ещё луч (BE). Он, однако, отсутствует, это - экспериментальный факт. Следовательно, в его создание лучи СВ и DB вносят вклад в виде лучей, которые равны по интенсивности, но смещены по отношению друг к другу на половину длины волны и поэтому гасят друг друга. Если к сказанному добавить, что один из этих лучей испытывал отражение от границы воздух-плёнка, а другой - от границы плёнка-воздух, то станет ясно, что происходит дополнительный скачок ∆ = λ0/2 при отражении от границ между воздухом и плёнкой.
Енді қара дақтар мен жолақтарға оралайық. Егер пленка қалыңдығы ауа-пленка интерфейсінен шағылысу кезінде жарты толқынның жоғалуын есепке алмай есептелген оптикалық жолдың айырмашылығы толқын ұзындығымен салыстырғанда аз болып шығатындай аз болса, онда кедергі болады. сәулелердің толқын ұзындығының жартысына ығысуымен ғана анықталады, яғни олар бір-бірін өшіреді. Бұл фильмде қара түстің пайда болғанын білдіреді.
Сабын көпіршігідегі қара дақтар туралы әңгіменің бүкіл логикасын керісінше өзгертуге және келесіні айтуға болады. Өте жұқа пленкалардың қара бояуы - бұл факт! Демек, ауа-пленка және пленка-ауа шекарасынан екі сәуле шағылысқан кезде олардың арасында толқын ұзындығының жартысына тең қосымша оптикалық жол айырмашылығы пайда болуы керек. Бұл логикадан экспериментке емес, эксперименттен логикаға апаратын жол. Екі жол да заңды және бірін-бірі толықтырады.
Бізге бүгін дерлік дерлік түсінікті болып көрінетін идеялармен таныстық, бірақ 19 ғасырдың басында, Томас Янг кезінде таңғажайып ашылу болды. Өйткені, ойланыңыз: жарыққа жарық қосылса, қараңғылықты тудырады!
«Интеллект» баспасының кітаптары туралы ақпарат www.id-intellect.ru сайтында орналасқан
Сабақтың мақсаты: Ұғымның мағынасын анықтау, анықтамасын беру, энергия эффектілерін, жартылай байланыстарды, жол айырымы шарттарын қарастыру. Оқушыларды когерентті толқындар жүйесін алу әдістерімен таныстыру. Жарықтың интерференциясын бақылау шарттарын түсіндіріңіз.
Жарық – толқындар ағыны. Сондықтан жарық интерференциясы құбылысын байқау керек, яғни. жарықтандырудың ауыспалы максимумдары мен минимумдарын алу. Дегенмен, екі тәуелсіз жарық көздерін пайдалана отырып, интерференциялық үлгіні алу мүмкін емес. Неге екенін білейік? Тұрақты интерференция үлгісін алу үшін дәйекті толқындар қажет. Олардың кеңістіктің кез келген нүктесінде бірдей ұзындықтары және тұрақты фазалар айырмашылығы болуы керек, яғни. үйлесімді болу.
Жарық толқындарының интерференциясы – екі когерентті толқынның қосылуы, нәтижесінде кеңістіктің әртүрлі нүктелерінде пайда болатын жарық тербелістерінің жоғарылауы немесе азаюы байқалады. Когерентті толқындар – жиілігі бірдей және уақыт бойынша тұрақты фазалар айырмашылығы бар толқындар. Q Сабын көпіршіктерін үрлеуді қызық көрген кезде интерференция үлгісін бірнеше рет байқадыңыз.
Ағылшын ғалымы Томас Янг жұқа пленкалардың түстерін толқындардың қосылуы арқылы түсіндіру мүмкіндігі туралы тамаша идеяны бірінші болып ұсынды, олардың біреуі пленканың сыртқы бетінен шағылысады және басқа ішкі. Бұл жағдайда жарық толқындарының интерференциясы пайда болады. Интерференция нәтижесі пленкаға жарықтың түсу бұрышына, оның қалыңдығына және толқын ұзындығына байланысты. Егер сынған толқын толқын ұзындығының бүтін санына шағылған толқыннан артта қалса, жарықтың күшеюі орын алады. Егер екінші толқын біріншіден жарты толқын ұзындығына немесе жарты толқындардың тақ санына артта қалса, онда жарық әлсірейді. Ағылшын ғалымы Томас Янг жұқа пленкалардың түстерін толқындардың қосылуы арқылы түсіндіру мүмкіндігі туралы тамаша идеяны бірінші болып ұсынды, олардың біреуі пленканың сыртқы бетінен шағылысады және басқа ішкі. Бұл жағдайда жарық толқындарының интерференциясы пайда болады. Интерференция нәтижесі пленкаға жарықтың түсу бұрышына, оның қалыңдығына және толқын ұзындығына байланысты. Егер сынған толқын толқын ұзындығының бүтін санына шағылған толқыннан артта қалса, жарықтың күшеюі орын алады. Егер екінші толқын біріншіден жарты толқын ұзындығына немесе жарты толқындардың тақ санына артта қалса, онда жарық әлсірейді.
Максималды шарт: егер осы нүктедегі тербелістерді қоздыратын екі толқынның жолдарының айырмасы толқын ұзындығының бүтін санына тең Δd = k λ, k =0,1,2,3,... - толқындар әрқайсысын күшейтеді. басқа, Δd – сәулелер жолдарының айырымы Минималды шарт: егер осы нүктедегі тербелістерді қоздыратын екі толқынның жолдарының айырмашылығы жарты толқындардың тақ санына тең болса Δd =(2k+1) λ/ 2, k =0,1,2,3,... -толқындар бірін-бірі жоққа шығарады.
Неліктен кейбір сабын көпіршіктерінің кемпірқосақ түстері бар, ал басқаларында жоқ? Бастапқыда пленка түссіз, өйткені оның қалыңдығы шамамен бірдей. Содан кейін ерітінді бірте-бірте төмен ағады. Төменгі қалыңдатылған және жоғарғы жіңішке пленкалардың әртүрлі қалыңдығына байланысты кемпірқосақ түсі пайда болады. Бастапқыда пленка түссіз, өйткені оның қалыңдығы шамамен бірдей. Содан кейін ерітінді бірте-бірте төмен ағады. Төменгі қалыңдатылған және жоғарғы жіңішке пленкалардың әртүрлі қалыңдығына байланысты кемпірқосақ түсі пайда болады. Күмән, сенім, тірі құмарлықтардың жалыны. Сабын көпіршіктері ойыны: Анау кемпірқосақ болып жарқ етті, мынау сұр түсті, бәрі шашылды, Адамдардың өмірі осындай.
Сабын көпіршігі қабықшасының қалыңдығы Сабын көпіршігі қабырғасының кесіндісі жіңішке сызық түрінде көрінуі үшін уақытты үлкейту қажет, сол үлкейту кезінде шаштың қалыңдығы одан да көп болады. 2 м Сабын көпіршігі қабырғасының кесіндісі жіңішке сызық түрінде көрінуі үшін уақытты үлкейту қажет, сол үлкейту кезінде шаштың қалыңдығы 2 м-ден асады. жоғарғы – иненің көзі, адам шашы, таяқша және өрмекші жіп, 200 есе үлкейтілген. Төменде бірнеше рет үлкейтілген таяқшалар мен сабын пленкасының қалыңдығы көрсетілген. 1 мк=0,0001 см.
Пленканың сыртқы және ішкі беттерінен шағылған толқындар когерентті. Олар бір жарық сәулесінің бөліктері. Әрбір сәуле шығаратын атомнан шыққан толқындар тізбегі пленка арқылы екіге бөлінеді, содан кейін бұл бөліктер біріктіріліп, кедергі жасайды. Түс айырмашылығы толқын ұзындығының айырмашылығына байланысты. Түрлі түсті жарық сәулелері әртүрлі ұзындықтағы толқындарға сәйкес келеді. Ұзындығы бойынша бір-бірінен ерекшеленетін толқындарды өзара күшейту үшін пленканың әртүрлі қалыңдығы қажет. Өйткені сабын көпіршігі бірдей емес қалыңдықтағы пленкаға ие. Ақ жарықпен жарықтандырылған кезде әртүрлі түстер пайда болады. Бұл тұжырымға бірінші болып Томас Янг келді. Интерференция құбылысы жарықтың толқындық қасиеті бар екенін дәлелдеп қана қоймайды, сонымен қатар жарықтың толқын ұзындығын өлшеуге мүмкіндік береді. Жарық интерференциясы құбылысының практикалық қолданулары әртүрлі. Бұл құбылысты пайдалана отырып, газдардың және басқа заттардың сыну көрсеткіштерін өлшеуге, сызықтық өлшемдерді дәл өлшеуге, беттерді тегістеу және жылтырату сапасын бақылауға болады.
Сабақта шешілетін есептер 1. Майлы жұқа қабықшалардың кемпірқосақ бояуы немен түсіндіріледі? 2. Неліктен қалың май қабатының кемпірқосақ түсі болмайды? 3. Терезенің екі бетінен жарықтың интерференциясын байқауға болады ма? 4. Сабын көпіршігі бетіндегі кемпірқосақ бояуының пайда болуын түсіндіріңіз. 5. Оптикалық жол айырымы 2 мкм когерентті сәулелер кеңістіктің белгілі бір нүктесіне келеді. Толқын ұзындығы 400 нм күлгін сәулелер түссе, осы нүктедегі жарық көбейетінін немесе азаятынын анықтаңыз.(Жауабы: артады)
Екі когерентті жарық көзі экранға 550 нм толқын ұзындығында жарық жіберіп, экранда интерференция үлгісін жасайды. Көздер бір-бірінен 2,2 мм, ал экраннан 2,2 м бөлінген.О нүктесінде экранда не байқалатынын анықтаңыз – жарықты сөндіру немесе күшейту. (Сәулелердің жолындағы айырмашылықты табыңыз). Шешуі: Есептің сұрағына жауап беру үшін сәулелердің жолындағы айырмашылықты білу керек. Бұл жағдайда сәулелердің жолындағы оптикалық айырмашылық олардың геометриялық айырмашылығына тең (сәулелер бір ортада – ауада таралады): =S 2 D=S 2 O-S 1 O=L S 1 OS 2 үшбұрышынан біз S 2 O анықтаңыз: S 2 O= L 2 + d 2 = L 1+(d/L) 2. L-мен салыстырғанда d/L мәні аз екенін ескере отырып, шамамен есептеу формуласын (1±a 2) қолдануға болады. =1±1/2a 2):S 2 O = L(1+1/2(d/L) 2), онда =L(1+ 1/2d 2 /L 2 – 1) = d 2 /2L; =(2,2*10 -3 м) 2 /2*2,2 м =1,1 *10 -6 м.О нүктесінде максималды күшейту болады, егер жол айырмасы толқындардың бүтін санына сәйкес келсе, яғни. k = 1,2,3,…. k = /λ =2 Жауабы. О нүктесінде жарық күшейеді (жарық жолағы болады). Бекіту Сабақтың соңында дыбыс толқындарының интерференциясы бойынша тәжірибе көрсетеміз. Біз демонстрациялық үстелге дыбыс генераторын орналастырамыз, оған дыбыс көзі ретінде қызмет ететін екі бірдей динамикті қосамыз. Шамамен 1 м қашықтықта микрофон мен электронды осциллографты орналастырамыз. Алдымен микрофонды динамиктерден бірдей қашықтықта орналастырамыз. Дыбысты қосқаннан кейін осциллограф экранында маңызды амплитудалық сигналды байқаймыз. Микрофонды динамиктерге параллель сызық бойымен жылжыта отырып, біз сигнал амплитудасының әлсіреуін, содан кейін жоғарылауын байқаймыз, бұл микрофонның кедергі минимумынан және одан кейінгі максимумнан өткенін көрсетеді.
Сабын көпіршіктерінде пайда болатын түстердің калейдоскопы жарықтың күрделі құрылымы мен көпіршіктердің бетінен шағылысу тәсілінен туындайды. Ақ жарық көптеген түстерден тұрады, олардың әрқайсысы өз толқын ұзындығымен сипатталады (оң жақтағы суретте ауыспалы төбелері мен ойықтары бар толқындар ретінде көрсетілген).
Сабын көпіршігі бетіне жарық түскенде, жарық толқындарының бір бөлігі бірден шағылысады. Қалған бөлігінің бір бөлігі көпіршіктің қабырғасынан өтіп, оның ішінде сынады, содан кейін ішкі бетінен шағылысады. Бұл толқындар сыртқы бетінен шағылысқан толқындармен кездескенде, олардың қырлары мен ойықтары әрқашан бірдей қатарға тұра бермейді. Егер шыңдар мен шұңқырлар сәйкес келсе, толқындар бір-бірін нығайтады. Егер төбелер мен ойықтар сәйкес келмесе, толқындар интерференция деп аталатын құбылыста бір-бірін жояды. Нәтижесінде сабын пленкасында кемпірқосақ пайда болады, себебі пленканың әртүрлі қалыңдығы интерференциялық үлгілерге және жарықтың өзіндік толқын ұзындығымен әртүрлі түсті сәулелер түрінде шағылысуына әкеледі.
Ақ жарық спектрі
Ақ жарық призмадан өткенде (мәтіннің үстіндегі сурет) ол кемпірқосақтың жеті негізгі түсіне ыдырайды: қызыл, қызғылт сары, сары, жасыл, көгілдір, индиго және күлгін. Толқын ұзындығы қысқа толқындар ұзыныраққа қарағанда үлкен бұрыштарда сынады. Ең қысқа толқын ұзындығы бар күлгін сәулелер ең көп, ал ең ұзын толқын ұзындығы бар қызыл сәулелер ең аз ауытқиды.
Майлы қабықшаға кедергі
Майлы қабықшада түрлі-түсті үлгілер пайда болады.
Мұнайдың жұқа қабықшасында түстер пленканың қалыңдығына және жарық түсу бұрышына байланысты жарықтың интерференциясы арқылы жасалады (төмендегі сурет). Қара түс жарық толқындары бір-бірін толығымен жойған жерде пайда болады.
Сабын көпіршігідегі кедергі
Сабын көпіршігінің үстіңгі бөлігі тұрақты дерлік қалыңдығына ие болғанымен, оның бетінің қисаюы әр нүктеде кедергі тудырады. Сәйкес келетін толқын қырлары бір-бірін нығайтады (сол жақтағы сурет); антифазадағы толқындар (оң сурет) бірін-бірі жоққа шығарады.
Жүктелуде...
