15. As cores das bolhas de sabão

Ref.

Ref.

A luz que chega aos olhos de quem observa uma bolha de sabão é a luz ambiente que foi refletida pela bolha. A bolha é formada por uma fina película cuja maior parte é água. A pequena quantidade de sabão ou detergente acrescentada à água serve para reduzir a tensão superficial e permitir que a superfície se expanda (veja mais sobre isso no experimento Estranhas superfícies mínimas).

Parte da luz que incide sobre a bolha é refletida na interface externa ar-água (raio 1 na figura); o restante da luz é refratada e chega à interface interna da película, onde ela é refletida e sai como o raio 2, mostrado na figura. Além de percorrer uma distância maior que a do raio 1, o raio 2 se propaga na água, portanto com uma velocidade menor que a do raio 1, que se propaga no ar.

Dessa forma, ao chegar ao olho do observador, os raios 1 e 2 podem interferir construtivamente ou destrutivamente, dependendo do comprimento de onda da luz e da diferença de caminho percorrido pelos raios que, por sua vez, depende da espessura da película e do ângulo de reflexão.
 

Assim, diferentes pontos da bolha refletem luz (interferência construtiva) com cores diferentes, dependendo da espessura e do ângulo de reflexão. Esta mudança da cor com o ângulo de observação é chamada de iridescência. A iridescência produzida por interferência em filmes finos é comumente encontrada na natureza nas asas de borboletas, besouros e penas de pavão macho.

As asas de borboletas são formadas por estruturas transparentes semelhantes a escamas. Removendo-se essas escamas, se expõe a superfície abaixo delas, que tem uma cor parda, ou seja, as cores das asas são devidas às escamas, que são transparentes. A cor e a iridescência das asas são devidas à interferência entre as partes da luz incidente que foram refletidas na primeira e na segunda interfaces de cada escama.
 

Experimento
Interferência em filmes finos

Neste experimento, os estudantes deverão analisar a interferência em um filme fino de espessura variável.

Para isso, cada um deles deverá utilizar palitos e bolinhas de isopor para construir um polígono, como mostrado na figura. Um dos palitos servirá de suporte para o estudante segurar a estrutura. 

Ao se remover a estrutura da água, deverá se formar uma película no interior do polígono. 
 

Em seguida, ele deverá mergulhá-la em uma solução de água com um pouco de detergente.

Com o polígono na posição vertical, o estudante deverá movimentá-lo, lentamente, para achar a posição em que se observe a luz refletida pela película. Pode ser a luz vinda da janela ou das lâmpadas da sala. 

A luz refletida pela película tem a forma de franjas horizontais de diferentes cores e alturas.
 

Sugere-se que as perguntas seguintes sejam feitas, uma de cada vez, para os estudantes discutirem em grupo e apresentarem respostas.

a) Por que se observam faixas horizontais?

b) Por que essas faixas são coloridas?

c) Por que essas faixas são mais próximas na parte inferior?

d) Por que, imediatamente antes de a película se romper, a parte superior dela fica escura?

e) Como ficam as cores das faixas quando vistas de trás da película?