A fizika számos területéhez tartozó jelenségek
demonstrálásában jól használhatók
a szappanhártyák és buborékok. Ismerkedjünk
meg néhánnyal a sok közül!
Készítsünk mosószeres
oldatot 1 dl víz, 1 dl glicerin (gyógyszertárban kapható)
és 2 kávéskanál folyékony mosogatószer
felhasználásával. Az oldatból tartósabb
szappanhártya készíthetõ, ha azt a felhasználás
elõtt néhány nappal elkészítjük.
Vékonyréteg interferencia
Mártsuk teásdoboz száját az oldatba, s helyezzük
a dobozt olyan pozícióba, hogy a szappanhártya függõleges
legyen. Béleljük ki matt-fekete kartonpapírral a doboz
belsejét, így elkerülhetjük a belsejébõl
eredõ zavaró fényvisszaverõdéseket.
Figyeljük a szappanhátya felületét visszavert
fényben.
A hártya kialakítása után szinte azonnal
színes sávokból álló csíkrendszer
jelenik meg, a csíkok vastagsága az idõ múlásával
növekszik.
A jelenség demonstrációs kísérletként
nagyobb létszámú társaság számára
is bemutatható, ha a hártyát kivetítjük.
Helyezzük a teásdobozt prizmatartó asztalra, s világítsuk
meg a hártyát kondenzor alkalmazásával halogénlámpával.
Készítsünk mosószeres szívószállal
homorú tükröt a hártyából! Vetítsük
gyûjtõlencsével ernyõre a hártyáról,
mint homorú tükörröl visszaverõdõ fényt.
(1.ábra) Egyszerûbben szabályozható a hártya
görbülete, ha a dobozban uralkodó nyomást a doboz
falán ütött lyukon injekciós fecskendõvel
változtatjuk. Erre a kísérlet során, a megvilágítással
járó melegedés miatt, többször szükség
lesz. Az ernyõn jól megfigyelhetõk a szappanhártyában
lejátszódó folyamatok. A jelenségek elemzésekor
ne felejtsük el, hogy az ernyõn fordított állású
képet nézünk!
A fázisugrás
A szappanhártya vastagsága a látható fény
hullámhosszánál kisebb, s igen könnyen változik.
Légmozgással, mechanikus rázkódással,
a hártya felületi feszültségét változtatva
(pl. ammónia párologtatása a hártya környezetében)
a színek keveredését idézhetjük elõ,
amely mutatja a vastagság változását. A kavargást
kiváltó hatások megszünte után a színes
csíkrendszer újra megfigyelhetõ. Az idõ múlásával
az ékalakú, kettõs felületû hártya
között lévõ oldat fefolyik, a hártya vékonyodik.
Csíkrenszerében a sávok szélesednek, a hártya
felsõ tartománya feketének látszik (közönséges
fekete hártya, Newton-féle fekete hártya). A fekete
hártya vastagsága néhány nanométer.
Ekkor a hártya elsõ és hátsó felületérõl
visszavert fénysugarak között a találkozáskor
az oldatban nincsen útkülönbség, az interferencia
szempontjából csak az optikailag sûrûbb közegrõl
történõ visszaverõdéskor jeletkezõ
fázisugrás kioltást eredményezve dominál.
A fekete hártya ténye egyébként a fázisugrás
fellépésének egyetlen kísérleti bizonyítéka.
Kétdimenziós állóhullámok
A szappanhártya könnyen mozgásba hozható
zenével is. A zene hatására a levegõben keletkezõ
nyomásváltozások a hártyán a zene ütemében
változó érdekes mintázatot hoznak létre,
amely szinte a zene képi megjelenítésének tûnik.
Szabályos állandósult mintázat, állóhullámok
demonstrálhatók, ha a hangot változtatható
frekvenciájú hanggenerátorból biztosítjuk.
A hangszórót a hártya szomsédságában
elhelyezve figyeljük az ernyõn megjelenõ kép
változását. Meghatározott frekvenciáknál
rezonancia során nemcsak a kétdimenziós állóhullámok
figyelhetõk meg, hanem ezzel egyidejûleg pillangószárnyhoz
hasonló szimmetrikus örvénylés még izgalmasabbá
teszi a látványt. (2.ábra) Folyamatosan növekvõ
frekvenciáknál több módus is megfigyelhetõ.
A teásdoboz szájának alakját változtatva,
érdekes összehasonlítani a különbözõ
peremfeltételekkel
elõállított állóhullámokat.