Почему бензиновые пятна на воде переливаются разными цветами?
К преломлению этот эффект никакого отношения не имеет. Даже если бы свет на границе раздела бензин-вода не преломлялся, то эти цвета всё равно бы возникали.
И уж подавно тут не пахнет никакой дисперсией (если тут чем и пахнет, то бензином). Дисперсия — это зависимость показателя преломления от длины волны света. Вот в призме — да, работает дисперсия. А тут работает интерференция (я уже объяснял это в другом вопросе, так что позволю себе процитировать себя самого — это чтоб модераторы не придирались на "неуникальность").
Цвета бензиновой плёнки на поверхности лужи — это интерференционные цвета. С точки зрения распространения света тут получается тонкая плёнка. Свет отражается от ОБЕИХ границ такой плёнки, а из-за того, что она тонкая (её толщина сопоставима с длиной волны видимого света), отражённый от обеих поверхностей свет оказывается когерентным, и мы наблюдаем интерференцию: взаимное наложение двух согласованных (когерентных) колебаний с некоторой разностью хода, зависящей от длины волны, толщины плёнки и угла, под которым мы на это на всё смотрим. И что получается: для некоторых длин волн эти колебания складываются в фазе, для некоторых — в противофазе. Там, где колебания складываются строго в противофазе, данный цвет вообще "исчезает" — мы его больше не видим.
Но "данный цвет" — это цвет с определённой длиной волны. То есть цвет с ВОТ ЭТОЙ длиной волны исчезнет (с близкими — станет значительно слабее), а цвет с какой-то ДРУГОЙ длиной волны, для которой наложение колебаний происходит в фазе, наоборот, усилится. Поэтому цвета плёнки — это не чистые цвета, как это получается для дисперсионного спектра призмы, а дополнительные. Они получаются не выделением какой-то определённой длины волны из всех, а полным или частичным подавлением определённого цвета. Поэтому там не "красный — зелёный — синий" (RGB, в простейшем варианте), а "пурпурный — голубой — жёлтый".
Почему бензин на лужах образует радужные пятна?
Бензин не смешивается с водой. Поэтому, попадая, например, в лужу на дороге, он растекается по её поверхности и образует тончайшую пленку. Эта пленка обладает замечательным физическим свойством — создавать вот такие радужные картины.
Почему это происходит?
Световые лучи, попадающие на бензиновую пленку, разделяются: часть луча отражается от поверхности бензиновой пленки (границы воздуха и бензина), а часть проходит через бензиновый слой, доходит до границы бензин-вода и отражается уже от этой границы (еще одна часть уходит в глубь воды, но для нашего вопроса эта составляющая значения не имеет).
В итоге получаются два отражённых луча, причем второй из них на пути к нашему глазу отстает от первого, потому что ему дважды пришлось преодолеть толщину плёнки. Эти два луча накладываются друг на друга, в результате чего в пространстве происходит перераспределение их энергии. Результирующие колебания при этом либо усиливаются, либо ослабляются. Усиление происходит, если преломленная волна 2 (см. рисунок) отстает от отраженной волны 1 на целое число длин волн. Если же вторая волна отстает от первой на половину длины волны или нечетное число полуволн, то произойдет ослабление света.
Это явление называется в физике интерференцией света.
Луч красного света, выходящий из точки Y, складывается из двух лучей:
части луча 1, прошедшей через плёнку, и части луча 2,
отражённой от внешней поверхности.
Длина пути XOY кратна длине волны падающего на плёнку света,
поэтому оба луча складываются в фазе и усиливаются.
В этом случае синие лучи при данной толщине плёнки
складываютсяв противофазе, потому что
расстояние XOY не пропорционально длине волны.
Результат — лучи складываются в противофазе
и гасятся: синий цвет не отражается от плёнки.
Для того чтобы могло происходить явление интерференции, два отражённых луча должны быть синхронными, согласованными, то есть их длины волн должны быть одинаковы, а сдвиг фазы — постоянным (физики называют такие волны когерентными). Обычные источники света не являются когерентными, потому что они состоят из большого числа атомных излучателей, работающих независимо друг от друга и несогласованно.Волны же, отраженные от наружной и внутренней поверхностей тонкой пленки, являются когерентными, потому что они являются частями одного и того же светового пучка.
Если бы лучи света имели одну длины волны, то есть были бы одноцветными (такой источник света называется монохроматическим), то интерференционная картинка выглядела бы как чередование светлых и черных полос (соответственно, интерференционных максимумов и минимумов). Но солнечные лучи — белые, в них присутствуют волны всего видимого спектра. Поэтому картина, которая получается на бензиновой пленке от солнечного света — разноцветная, радужная.
Дело в том, что разность хода лучей, отраженных от пленки, зависит от ее толщины. При определенной толщине условие максимума выполнится для какой-то длины волны, и пленка в отраженном свете приобретет цвет, соответствующий этой длине волны. Если же пленка имеет переменную толщину, а именно так обстоит дело с бензиновой плёнкой на воде, то интерференционные полосы приобретают радужную окраску, так как в разных участках плёнки условие максимума выполняется для разных длин волн.
Однако это не значит, что на плёнке с равномерной толщиной интерференцию наблюдать невозможно: ведь эффект интерференции определяется не только толщиной плёнки, но и другими факторами, например, углом падения светового пучка, показателем преломления плёнки.
Явление интерференции света можно наблюдать только в тонких пленках, толщина которых сравнима с длиной волны падающего на них света (но обязательно больше неё). Ведь свет — это сумма излучений с разной длиной волны. При прохождении через толстую пленку различия в прохождении лучей будут самые разные, и отражающиеся лучи не будут когерентными. То есть, конечно, какие-то волны будут в фазе, а какие-то — в противофазе, но некогерентных волн будет гораздо больше, и интерференционная картина просто «размажется». Тем не менее, в толстых пленках интерференцию наблюдать можно — для этого источник света должен быть монохроматическим.
Интерференцию света можно наблюдать не только на бензиновых плёнках на воде.
При разливах нефти в море водная поверхность покрывается радужными разводами — но только в тех случаях, когда нефтяная плёнка тонкая, не более микрона толщиной, то есть масштаб катастрофы относительно невелик.
Интерференция обусловливает радужные переливы на поверхности компакт-дисков.
Радужность мыльных пузырей — тоже результат интерференции. Толщина стенки мыльного пузыря немногим больше длины волн видимого спектра. По мере уменьшения толщины стенки пузырь постепенно меняет цвет. При толщине 230 нм он окрашивается в оранжевый цвет, при 200 нм — зеленый, при 170 нм — синий. Толщина пленки меняется неоднородно, поэтому она имеет пятнистый вид. Когда из-за испарения воды толщина стенки мыльного пузыря становится меньше длины волны видимого света, пузырь перестает переливаться цветами радуги, становится почти невидимым, перед тем как лопнуть — это происходит при толщине стенки примерно 20-30 нм.
Почему бензин на асфальте оставляет радужные пятна?
Почему бензин оставляет на асфальте такие радужные красочные пятна?Иногда они бывают настолько красивыми,что хочется их запечатлеть.
Бензин,как известно из курса физики, не смешивается с водой. После дождя,например,когда асфальт мокрый,при попадании бензина на лужу,он растекается по поверхности и формирует очень тонкую пленку. Именно из-за последней на границе вода-бензин и образуются те самые красивые картины.
Происходит данное цветное явление благодаря интерференции света.В результате этого образуются два отраженных вида луча,после чего образуется перераспределение их энергии.Солнечные лучи-белые,в них сосредоточены волны всего спектра.А в зависимости от того,какой длины будет отражаться волна,и будет зависеть палитра.
То же явление интерференции можно наблюдать и при попадании нефти в море,и при образовании мыльных радужных пузырей. То же самое обуславливает красочные переливы на поверхности CD-дисков.
Так что благодаря элементарным основам физики можно объяснить такую бензиновую красоту на мокрых дорогах.
Почему бензин розовый?
Чтобы ответить на этот вопрос, придётся углубиться примерно на сто лет тому назад. В те времена Форд уже выпустил тысячи своих автомобилей, а мир в силу отсутствия ПДД, загибался от пробок сильнее, чем мы можем себе представить. Тогда и разразилась война между производителями машин и производителями бензина.
Дело в том, что владельцы автомобилей, работающих на бензине, начали жаловаться на то, что двигатели после нескольких поездок разваливались буквально на части. Производители автомобилей с ДВС начали винить во всём производителей бензина, ведь автомобили на пару и электрокары с такой проблемой не сталкивались. Производители же бензина винили во всём производителей автомобилей — мол, собирать не умеете. Истина была посередине — и машины были плохенькие в сборке, и топливо было не особое. Ведь бензин с октановым число ниже 50 — это жидкость, которая не сгорала, а детонировала в поршнях, из-за чего те и разваливались.
Производители бензина даже не думали искать нефть с повышенным октановым числом — в те времена считалось, что скоро нефть закончится. Вместо этого они обратились к таблице Менделеева и начали искать вещество, которое бы существенно подняло показатель октанового числа. Все безопасные вещества оказались бесполезны. А свинец мгновенно дал результат. Так появился Etyl — бензин с содержанием тетраэтилсвинца.
В 1923 году три крупнейшие американские корпорации «Дженерал моторс», «DuPont» и «Standard Oil» создали совместное предприятие, названное «Ethyl Gasoline Corporation». Название «этил» было выбрано специально, чтобы не пугать людей словом «свинец». Автор этого изобретения Томас Миджли прекрасно знал об опасности отравления свинцом и предупреждал начальство, но деньги были важнее. Почти сразу у рабочих на производстве стали появляться неустойчивая походка и нарушения психики. Так в 1924 году на одной плохо вентилируемой установке за несколько дней погибли пять рабочих и еще тридцать пять стали инвалидами. «Ethyl Corporation» всегда следовала практике твердого отрицания ядовитости своей продукции. В последующие несколько десятилетий основная масса бензина в США содержала ТЭС.
Производители Etyl прекрасно знали об этом, но продолжали его производить. Так продолжалось до 1965 года, пока один геолог, Клэр Паттерсон, не задался целью выяснить возраст Земли. Использовал он для этого радиоуглеродный анализ. Но когда начались исследования, он обнаружил, что всё вокруг — воздух, вода, одежда — буквально всё пропитано свинцом. И он никак не мог понять — это норма или результат деятельности человека? Обманув работодателей, он получил образцы, поднятые со дна океана. Оказалось, что это результат деятельности человека. А когда на глаза попался отчёт о Etyl в газете, всё встало на свои места.
Паттерсон начал настоящую войну против своих работодателей. В 1972 году американское Агентство по предотвращению загрязнения окружающей среды (EPA) ввело запрет на использование ТЭС и производство двигателей, рассчитанных на этилированный бензин; в ответ последовал иск от производителей. EPA выиграла процесс, и с 1976 года началось постепенное вытеснение ТЭС-содержащегося топлива, которое было завершено к 1986 году. По результатам исследований, к 1994 году содержание свинца в крови американцев снизилось по сравнению с 1978 годом на 78%.
Тетраэтилсвинец широко использовался в том числе и в СССР. В содержащий его автомобильный бензин с целью маркировки добавлялся краситель: до 1979 года содержащие тетраэтилсвинец бензины АИ93, А-76 и А-66 окрашивались в синий, зелёный, оранжевый цвета соответственно, неэтилированный А-72 не окрашивался. С 1979 года этилированные бензины стали окрашивать в оранжево-красный (АИ-93), жёлтый (А-76), синий (АИ-98), зелёный (А-66) или розовый (А-72) цвета. В инструкции вносились требования по соблюдению мер техники безопасности при работе с топливом и топливной аппаратурой автомобилей. С конца 1970-х годов (ГОСТ 2084—77) начался процесс отказа от использования ТЭС, завершившийся в 2000-е годы.
В Евросоюзе этилированный бензин был запрещён с 1 января 2000 года, хотя большинство стран-членов ввело подобный запрет значительно раньше. Китай также отказался от использования ТЭС в 2000 году. В России этилированный бензин был запрещён с 15 ноября 2002 года. Однако этилированный бензин продолжал применяться в слаборазвитых странах из-за относительных дешевизны и простоты в производстве. Окончательно использование этилированного автомобильного бензина в мире прекратилось в 2021 году, последней страной, где его использование было прекращено стал Алжир.
Таким образом, в связи с высокой канцерогенной активностью тетраэтилсвинца и загрязнением окружающей среды свинцом при его использовании, от добавления тетраэтилсвинца в автомобильное топливо отказались. Ещё одна причина отказа от использования тетраэтилсвинца — в использовании в современных автомобилях каталитических нейтрализаторов, так как тетраэтилсвинец является причиной выхода нейтрализатора из строя.
Тетраэтилсвинец, однако, продолжают добавлять в авиационный бензин и топливо для некоторых гоночных двигателей.