路面上的油渍为什么会变成彩虹色,背后的原理是什么?

小夏 科学 更新 2024-01-28

三分钟谈科普

不知道大家有没有注意到,每到下雨天,你都会在路上看到一团油渍,踩起来很滑,而且它们的颜色会随着角度不断变化,像彩虹一样。 但是你知道它是怎么来的吗?为什么石油具有这样的特性?

实际上,它与光的反射和干涉有关。 光的本质是各种波长的电磁波,波长的差异也会引起颜色的差异。 当光从一种介质进入另一种介质时,会发生折射,即光的方向发生变化。 同时,光也在两种介质的交界处被反射,即一部分光弹回原来的介质。 这就是为什么我们可以在镜子里看到自己。

那么,油渍与光的反射和折射有什么关系呢?让我们先来看看什么是油渍。 油渍是由水表面的油滴形成的薄膜,其厚度很小,只有几百纳米,相当于人类头发的千分之一。 这样的薄膜就像光的三明治,上下两层是空气和水,中间只有油。

当光线与油膜相遇时,它第一次与表面相遇,并迅速反射回来这样,光线就会再次来到前面,然后会引起一定的反射。 这样,光线像台球一样在油膜的平面之间来回反射。

这样,我们可以看到两束反射光,一束是从油膜前部反射回来的,另一束是从油膜后部反射回来的。 这两束光,由于距离不同,会有一定的相位差,也就是说,它们的波峰和波谷不一定对齐。 这样,当它们重合在一起时,就会发生干扰。

那么这种干扰会怎样呢?这取决于相位差的大小。 如果这个差值是波长一半的整数倍,那么两束光就会相互增强,形成明亮的条纹;如果相位差是波长一半的奇数倍,则两束光相互抵消,形成暗条纹。

然而,这只是其中一种情况,我们还需要考虑到光的折射率会受到波长和介质差异的影响,光的速度和方向也会受到影响,这就导致油膜中不同波长的光的相位差不会相同, 所以干扰的结果也会受到影响。

这意味着对于给定的薄膜厚度,某些波长的光将被增强,而其他波长将被抵消。 这样,我们可以看到不同的颜色。 而且由于油渍的厚度不均匀,所以在不同位置反射回来的颜色也不同。 这会产生彩虹般的效果。

这就是为什么油渍呈现出五彩斑斓的外观。 它是光的反射和干涉的结果,也是自然界中奇妙的现象。 在17世纪,当时的人们普遍认为自然光是一种没有颜色的光,包括当时的著名学者亚里士多德,但有一位年轻的学者却不这么认为,他就是牛顿,他认为自然光是多种颜色的光的组合,为了检验这个猜想, 他做了一个很有意思的实验,在一个昏暗的房间里,放了一个棱镜,窗帘打开后,当阳光穿过棱镜时,在它后面的墙上分解成五颜六色的光,这就是我们所说的光谱,所以牛顿得出结论,太阳光是由这些光谱融合在一起的,虽然它看起来是白色的, 它包含了大自然的所有颜色,因此自然光是最美丽的。

最后,如果你对这个问题感兴趣,可以用棱镜或者肥皂泡做一些类似的实验,观察光的分色和干涉效果,相信你也会被美丽的场景所震撼。

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