Esferas al viento

Vamos a ver algo muy interesante y que a muchos les gusta: los colores en las burbujas de jabón.

Burbuja de jabón

Estos colores son debidos a un efecto llamado interferencia. Empecemos con explicar la interferencia y para ello necesitamos recordar algo de ondas. Como resumen, una onda es una perturbación del medio (como lanzar una moneda a la fuente de los deseos) que se propaga a través de él. Para describir a una onda tenemos muchos números asociados a ella, recordando un poco (recuerden en el link), las ondas tienen una longitud a la que llamamos longitud de onda, también tienen una frecuencia, la cual nos dice es que tan rápido sube y baja una onda en un tiempo determinado, es decir, cuantos máximos y mínimos vemos en un intervalo de tiempo.

Ondas de distintas frecuencias. La de arriba tiene una frecuencia menor y la de abajo mayor.

Otra cosa que nos sirve para describir a una onda es su amplitud, y esta nos dice que tan grande es una onda, la distancia que hay entre el pico de la onda a su base, que es el eje de equilibrio.

Un pedazo de onda

Otro número importante es la fase, la cual nos relaciona la posición de una característica de la onda (por ejemplo un máximo) con respecto a otra. Una imagen servirá. En la imagen podemos ver que las ondas van desfasadas ya que los máximos están en distintas posiciones.

Ondas desfasadas

Con esto es suficiente por ahora. Ahora vayamos a la interferencia. La interferencia es la combinación de dos o más ondas que se llegan a encontrar. Imaginen que avientan dos monedas a una fuente. Lo que verán es que las ondas que se forman debido a las monedas en algún momento se juntan, y forman una nueva onda, que cambia en su amplitud. Dependiendo también de la fase, podemos tener interferencia constructiva o destructiva. La primera se da cuando la amplitud de la onda resultante sea mayor que la amplitud de cada onda por separado, y como podrán imaginar, una interferencia destructiva es cuando la amplitud de la onda resultante es menor que la amplitud de cada onda por separado.

Superposición de ondas debido a unos patos

Bien, ya tenemos lo suficiente para entender que sucede. Imaginemos un pedazo de vidrio y un rayo de luz que incide sobre él al que vamos a llamar i. Sabemos que el rayo se reflejará y se refractará. Cuando incida se reflejará, a este rayo lo llamaremos r, y se refractará (rayo t de transmitir.) El rayo t al llegar a la parte de abajo del vidrio también se reflejará y se refractará, sólo consideramos al que se refleja (rayo r’), y éste a su vez, al incidir por dentro a la primera cara se refractará de nuevo hacia donde ingreso (rayo t’.) Así los rayos siguen su camino.

Pedazo de vidrio donde se refleja y refracta un rayo incidente

Esto fue al considerar sólo un rayo. Imaginemos dos, los cuales al incidir sobre el vidrio harán lo mismo. El segundo rayo lo escogeremos de tal forma que el punto donde incida al vidrio, sea el punto donde salga el rayo t’ del primer rayo. Lo que vamos a tener es que van a combinarse, van a interferir, y dependiendo del recorrido de la primera onda dentro del vidrio, podremos tener interferencia constructiva o destructiva. El recorrido de la primera onda estará determinado por el grosor del vidrio. También un factor que influye es la longitud de onda. Cada color tiene distinta longitud de onda, y el recorrido que hagan dentro del vidrio será distinto. Y como dijimos antes que la interferencia será distinta para cada recorrido, entonces lo será para cada color.

Aquí la combinación resulta constructiva para el rojo

Aquí la combinación resulta destructiva para el azul

Entonces la luz total que se reflejará y que será visible a nosotros, es la combinación de todas las interferencias debidas a la luz que incida sobre la superficie del vidrio, lo que nuestros ojos detectan es la interferencia de todos los colores.

Esto es lo que pasa en la superficie de una burbuja, sólo que el grosor que tiene el jabón es muchísimo más pequeño que el de un vidrio. Ahora sabemos que a grosores de onda largos, se cancela el rojo dejando un color verde-azul, después se cancela el amarillo, dejando el azul, luego se cancela el verde dejando violeta y por último el azul dejando el amarillo.

Ahora, si la burbuja llega a tener un grosor muy pequeño, puede suceder algo muy interesante: podemos ver que la burbuja tiene un hoyo, como si pudiéramos meter el dedo a la burbuja y que ésta no reciba ningún daño. Esto es debido a que en ese grosor, la interferencia es totalmente destructiva y no veremos ningún reflejo sobre la superficie de la burbuja. Eso es un aviso de que la burbuja esta a punto de estallar.

Otro factor que influye en el color es la iridiscencia, que no es otra cosa que ver la burbuja de distintos ángulos. Si la burbuja llega a tener un grosor del mismo tamaño, no podemos ver el mismo color, debido a la curvatura o al ángulo de donde estamos viendo a la burbuja.

Se ve un hoyo… No sé si lo alcancen a ver

Con esto llego al fin, esperando que hayan entendido la mayor parte, de forma contraria, poner toda pregunta o comentario abajo. Saludos.

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