Por que as bolhas de sabão são coloridas?

A interferência na luz

As ondas luminosas sofrem interferência, assim como dois pulsos criados nas extremidades de uma corda se interferem quando atingem simultaneamente o mesmo ponto. Veja a simulação:

Interferência

Um bonito efeito produzido por esse fenômeno são as cores brilhantes que vemos nas bolhas de sabão ou nas manchas de óleo sobre a água.

Uma interessante questão a ser colocada poderia ser por que tantas cores numa mancha de óleo se de fato essa substância não é colorida? É uma colocação conflitante com o conceito de cor de um corpo apresentado nos livros de Física do Ensino Médio. Tal resposta não poderá ser encontrada na óptica geométrica, será necessário a utilização do modelo ondulatório da luz, como na figura 1.

Figura 1

Essas cores são produzidas pela interferência da luz que se reflete nas superfícies opostas das películas do óleo ou das bolhas de sabão.

Na figura 2, abaixo, mostramos uma película com a luz incidindo (a), a luz refletindo na primeira camada (b) e a luz refletindo na segunda camada (c). As linhas horizontais representam superfícies de onda com intervalos de meio comprimento de onda. Para simplificação em nossa análise, admitiremos que as ondas são linearmente polarizadas, com o vetor campo elétrico paralelo ao plano de incidência, mas os resultados são os mesmos qualquer que seja a polarização do feixe.

Figura 2

Quando a luz se propaga num meio menos refringente que o meio refletor, o vetor campo elétrico () da onda refletida é invertido em relação à onda incidente e o vetor campo magnético () não sofre alteração.

Ao olhar para película, um observador receberá a onda luminosa resultante da superposição das ondas refletidas na 1ª e na 2ª superfície da película.

Quando a luz se propaga num meio mais refringente que o meio refletor, o vetor campo magnético da onda refletida é invertido em relação à onda incidente. O vetor campo elétrico não sofre alteração.

Observe que, se a espessura da película for muito pequena em relação ao comprimento de onda da luz incidente, teremos os vetores campos elétrico e magnético em oposição de fase e, assim, nenhuma luz será refletida.

Suponha agora que a espessura da película aumente gradualmente. O comprimento de onda na película é

onde:

λ₀ - comprimento de onda da luz incidente

n - índice de refração da película para luz incidente de comprimento de onda

Figura 3

Quando a espessura é igual a 1/4 do comprimento de onda na película (1/4λ₀/n), o trem de ondas refletido na segunda superfície se atrasa em meio comprimento de onda em relação ao refletido na primeira superfície. Os vetores campos elétrico e magnético das ondas refletidas encontram-se em fase e, portanto, a amplitude da onda resultante é duas vezes maior que a luz de cada feixe. A luz é fortemente refletida por uma película de espessura λ₀/4n, quando a incidência é normal.

Se a espessura aumentar até λ₀/2n, a onda refletida se atrasará em relação à outra em um comprimento de onda e resultará novamente numa interferência destrutiva.

Não haverá reflexão para:

Haverá forte reflexão para:

Se a película na forma de cunha for iluminada com a cor vermelha, o espaçamento das franjas claras será maior que o da cor azul, dado o maior comprimento de onda da luz vermelha.

Assim, supondo uma película de espessura variável iluminada com luz branca incidindo sobre ela perpendicularmente, haverá uma interferência construtiva que dependerá da espessura da película num ponto qualquer. Neste ponto, haverá apenas um comprimento de onda da luz incidente que sofrerá interferência construtiva, produzindo neste ponto uma maior intensidade da luz correspondente ao referido comprimento de onda, fazendo que seja percebida pelo olho apenas essa cor, em detrimento das demais que serão refletidas nesse ponto com menor intensidade.

No caso de uma espessura uniforme da película, teremos também o fenômeno explicado por interferência, dada agora em função da diferença de caminho percorrido dentro da película pela luz incidente obliquamente a ela.

BIBLIOGRAFIA

Sears, F. W. Física III Óptica. Ao Livro Técnico S.A - R.J.1962 Halliday, D. e Resnick, R e Walker, J. Fundamental of Physics Extended . Fifth edition. John Wiley &Sons, Inc. 1997