シャボン玉の色の話＃１（色と光の話 第１７回）

先日、色水を使ったシャボン玉で色が見えない（十分濃ければ見えるけど）という話をご紹介しました（『宇宙シャボン玉は「色つき」　娘の疑問に山崎さん答えた』）。その理由は、シャボン玉の膜厚が数ミクロン以下と薄いからというお話をしましたが、シャボン玉が七色に見えるのは何故でしょう？

この辺りの説明として、今日は、もう少し詳しくシャボン玉についてお話してみたいと思います。

まずは、シャボン玉の構造を理解しないと話が始まりません。シャボン玉は、薄い水の膜で出来ています。水だけだと表面張力で小さな液滴になりますが、シャボン玉には
、石けんや洗剤の成分『界面活性剤』が含まれています。この『界面活性剤』のおかげで薄い膜のまま維持する事ができるんです。

界面活性剤は、単純に書くと、水となじみ易い親水基と油になじみ易い親油基を持っています。丁度マッチ棒のような感じです。

この界面活性剤で水をサンドイッチした状態がシャボン玉です。親水基が水の方を向いて、反対側の親油基が空気側を向いた状態で、綺麗に整列しています。

この時の膜厚は数μｍ以下なのですが、時間が経つと水は徐々に蒸発したり、重力で下のほうに移動するため、薄くなった部分から壊れてしまいます。色水で作ったシャボン玉が無色に見えるのも、シャボン玉が七色に輝いて見えるのも、この膜の厚みによるものです。

色水の場合は、先日お話したように、あまりに膜が薄くて認識できないだけで、非常に薄い色が着いています。ですから、十分に濃い色水で作ったシャボン玉は色つきです。また、膜が厚い程色がはっきり見えます。宇宙で色つきシャボン玉が作れたのは、十分厚膜が作れたからという訳です。地上では、厚くしようとしても、重力で球の底面に垂れてしまい、十分な厚さを維持できないのですが、無重力なら関係ないってわけです。
さて、では七色に見えるのは何故でしょう？

これは干渉色によるものです。

シャボン玉の厚さは数ミクロン～数１００ナノメートルなのですが、数１００ナノメートルって何処かで聞いたことありませんか？可視光が丁度そのくらいの波長なんです。７００ナノメートル前後の波長の光が赤く見え、５９０ナノメートル付近だと黄色、４５０ナノメートル付近は青に見えます。この可視光とシャボン玉の膜厚が近い事がシャボン玉が七色に見える偶然を作っているんです。

さて、屋外でシャボン玉遊びをする時、シャボン玉に当たる光は、白色光で様々な波長の光が混ざったものです。しかし、シャボン玉の膜の内側と外側、それぞれで反射して、ちょうど干渉によって強めあった波長の光が特に明るくなってはね返って来ます。これが、色がついて見える理由です。

シャボン玉は、重力によって上部の膜が薄く下部が厚くなっています。このように膜の厚さが下に行くほど厚くなるために、強く見える色が変り、虹色になるのです。また、シャボン玉は球体なので、入射角の違いで干渉色も違ってくるというのも、虹色に見える理由の一つです。

もう少し理論的な補強をしたいのですが、少々話が長くなるので、次回に持ち越したいと思います。
いましばらく、お付き合い下さい。

タグ：シャボン玉 界面活性剤

コメント 1

シャボン玉の膜が七色に輝くのって、「プリズムみたいな感じではないか」と解釈していましたが、違うみたいですね。
by 北海道大好き人間 (2010-06-15 00:49)