Чому мильні бульбашки є різнокольоровими

Легкий подих – і мильна бульбашка відривається від кільця, повільно пливе вгору, переливаючись усіма відтінками веселки. Червоний, синій, зелений, фіолетовий – кольори з’являються нізвідки, ніби бульбашка оживає під сонячним світлом. Це не магія, а чиста фізика: інтерференція світлових хвиль у надтонкій плівці мила, де товщина шару визначає, які відтінки ми бачимо.

Коли біле сонячне світло падає на поверхню бульбашки, частина променів відбивається відразу від зовнішньої сторони плівки, а решта проходить крізь неї й відбивається від внутрішньої. Ці дві хвилі зіштовхуються, посилюючи одне одного або гасячи – залежно від різниці ходу. Тонка мильна плівка, товщиною від 10 до 1000 нанометрів, діє як природний інтерферометр, розкладаючи світло на спектр.

Уявіть плівку як мініатюрний екран, де кожен нанометр товщини малює новий мазок. Нижня частина бульбашки товща через гравітацію, тому там домінують теплі тони, а верх тоншає від випаровування – і ось уже холодні відтінки біжать по поверхні. Цей танець кольорів триває секунди, поки бульбашка не лусне.

Будова мильної бульбашки: багатошарова чарівна плівка

Мильна бульбашка – не просто куля повітря в мильній оболонці. Це сферична плівка з водно-мильного розчину, де молекули мила орієнтуються двома шарами: гідрофільні “голівки” спрямовані до води всередині, гідрофобні “хвости” – назовні, до повітря. Така біслойова структура створює поверхневий натяг, що тримає форму, але робить плівку неймовірно тонкою – у тисячі разів тоншою за людське волосся.

Товщина плівки нерівномірна: на дні бульбашки рідина накопичується, досягаючи мікронів, а на вершині висихає до нанометрів. Повітря всередині легше за зовнішнє, тому бульбашки пливуть угору, але поверхневий натяг не дає їм роздутися безкінечно. Саме ця делікатна рівновага дозволяє плівці грати кольорами.

Без мила вода не утворить стабільну плівку – поверхневий натяг надто високий. Мило знижує його вдвічі, роблячи розчин в’язким і еластичним. Додайте гліцерин – і бульбашки витримують хвилини, демонструючи повний спектр переливів.

Магія світла: як інтерференція створює райдугу

Відбиття та заломлення: перші кроки до кольорів

Сонячне світло – суміш хвиль довжиною 400-700 нанометрів – ударяє по зовнішній поверхні плівки. Частина відбивається миттєво, інша заломлюється всередину, проходить шлях удвічі більший за товщину плівки (враховуючи кут), відбивається від внутрішньої сторони й виходить. Ключ: при зовнішньому відбитті (повітря → мило, n=1 → n≈1.33) виникає зсув фази на π радіан, бо хвиля відбивається від щільнішого середовища. Внутрішнє відбиття (мило → повітря) без зсуву.

Дві хвилі повертаються до ока: одна з зсувом, друга – ні. Якщо їх гребені збігаються (конструктивна інтерференція), колір яскравий; якщо піки з падинами – гаситься (деструктивна). Для білого світла це означає, що деякі довжини хвиль посилюються, інші зникають, лишаючи домінуючий колір.

Без цього зсуву фази бульбашки здавалися б сірими. Саме різниця фаз робить переливи такими живими й насиченими.

Роль товщини плівки та кута спостереження

Товщина – король кольорів. Для нормального падіння (θ=0) конструктивна інтерференція для довжини хвилі λ відбувається, коли 2 n t = (m + 1/2) λ, де n≈1.33 – показник заломлення мила, m – порядок. Тонша плівка (t<50 нм) дає чорну пляму: всі кольори гасяться. З ростом t з’являються фіолетові (короткі λ), потім блакитні, зелені, жовті, червоні.

Кут додає драму: косі промені подовжують оптичний шлях (cosθ), зсуваючи кольори. З боку бульбашка виглядає інакше, ніж спереду – ідеальний ефект для фото чи шоу.

Формула краси: математика райдужних переливів

Щоб зрозуміти точно, звернімося до фізики. Умова максимуму інтенсивності для відбитого світла в мильній плівці:

2 n t cosθ = (m + 1/2) λ

де t – товщина, θ – кут заломлення всередині плівки (sin i / n = sin θ). Для видимих кольорів t від 100 до 500 нм дає спектр. Ось таблиця приблизних товщин для домінуючих кольорів при нормальному падінні (з урахуванням n=1.33):

Дані базуються на розрахунках з hyperphysics.phy-astr.gsu.edu. Нижня частина бульбашки червоніша, бо t більша; верх – темніша, бо висихає. Таблиця спрощує, бо реально багатопорядкова інтерференція додає гармоніки.

Чому кольори танцюють: динаміка мильних переливів

Статична бульбашка – нудьга. Кольори рухаються, бо плівка змінюється. Випаровування води з поверхні робить верх тоншим на 1-10 нм/с, викликаючи “біг” смуг від верху до низу. Гравітація стікає рідину вниз, потовщуючи низ. Вітер чи тепло прискорюють процес.

Ближче до розриву t падає нижче 30 нм – кольори бліднуть, бульбашка чорніє. Ви бачили це: райдуга зникає, лишаючи сіру тінь перед вибухом. У холодну погоду (нижче 0°C) бульбашки замерзають, кристалики льоду додають дифракцію – ще яскравіші ефекти.

Ця динаміка робить кожну бульбашку унікальною: ніхто не повторить точний малюнок, ніби відбиток пальця природи.

Вплив складу розчину: як зробити кольори яскравішими

Не всяка мильна вода дає райдугу. Звичайний шампунь дає тьмяні тони; секрет – у стабілізаторах. Гліцерин уповільнює випаровування, роблячи плівку рівномірнішою, кукурудзяний сироп додає в’язкості.

Ось оптимальний рецепт для довговічних райдужних бульбашок (на 1 л):

1. 6 частин дистильованої води (600 мл) – м’яка, без домішок.
2. 2 частини рідкого мила для посуду (200 мл, без барвників).
3. 1 частина гліцерину (100-200 мл) – аптечний, для стабільності.
4. Опціонально: 1 ч.л. цукру чи гуарової смоли для гігантських.

Змішайте холодною водою, дайте настоятися 24 год. Видувайте на сонці – кольори вибухнуть соковитістю. У 2025 фізики Emory University оптимізували формулу з гуаровою смолою для мега-бульбашок понад 15 м (uk.wikipedia.org).

Історичний погляд: від Ньютона до рекордів

Ще у 1665 Роберт Гук помітив кольори в мильних плівках, але Ісаак Ньютон у “Оптиці” (1704) пояснив інтерференцію, вивчаючи кільця в тонких шарах. Він виміряв товщину плівок, заклавши основу хвильової теорії світла. У XIX ст. Майкель Фарадей демонстрував бульбашки в лекціях.

Сьогодні мильні бульбашки – наука та шоу. Guinness фіксує рекорди: найбільша вільно-плаваюча – 96 м³ від Gary Pearlman (guinnessworldrecords.com, 2011, актуально на 2026). Найвища стояча – 10,75 м від Graeme Denton. У шоу лазери підсвічують інтерференцію, створюючи голографії.

Ці факти показують: бульбашки – не іграшка, а вікно в мікросвіт.

Поради для незабутніх райдужних бульбашок удома

Хочете шоу? Використовуйте дистильовану воду – жорстка лопає плівку. Дуйте вологим кільцем з дроту чи пластику. Сонце чи LED-світло ззаду посилює ефект. У вітряну погоду – гігантські форми з мотузок.

Для дітей: додайте флуоресцентні пігменти – неонові кольори під УФ. У холод: мерзлі бульбашки тріскають крижаними візерунками. Експериментуйте з pH – лужне мило яскравіше.

Спробуйте на природі: бульбашки на заході сонця грають золотом і пурпуром. Кожна – міні-всесвіт, де фізика малює шедеври. Подихніть – і райдуга ваша.

About the Author

Ярослав Стаценко

Administrator

Володимир — контент-менеджер блогу з 5-річним досвідом у створенні захопливого контенту. Експерт у digital-маркетингу, фанат технологій.

Visit Website View All Posts