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Versuche

Seifenblasenoptik (Simulation)

Abb. 1 Interferenzmuster an verschiedenen Seifenhäuten

Bringt man einen Drahtring in eine Seifenlösung und zieht ihn aus dieser heraus oder bläst man Luft in ein Becherglas mit Seifenlösung, so bildet sich eine nur wenige Nanometer dicke Seifenhaut. Im reflektierten Licht einer weißen Lampe kann man wie in Abb. 1 deutlich farbige Streifen erkennen.

Ursache hierfür ist die Interferenz von Licht, das an der Oberseite bzw. der Unterseite der Seifenhaut reflektiert wird. Typischerweise verlaufen die Interferenzmuster geradlinig, insbesondere wenn die Seifenhaut in Ruhe ist.  Bläst du dagegen etwas gegen die Seifenhaut und sorgst so für Verwirbelungen in der Dicke der Seifenhaut, so zeigen sich auch im Interferenzmuster Turbulenzen.

Die unterschiedliche Breite der Interferenzmuster bei vertikaler Haltung des Drahtringes kommt daher, das die Seifenhaut um unteren Rand deutlich dicker ist als am oberen Rand.

Simulation zur Seifenblasenoptik

Die folgende Simulation ermöglicht dir die Betrachtung der farbigen Streifen in Abhängigkeit von den verschiedenen relevanten Parametern.

Brechungsindex
n
Dicke oben
d
Dicke unten
D
Lichtart
Wellenlänge
λ
HTML5-Canvas nicht unterstützt!
Abb. 2 Interferenz von weißem oder farbigem Licht veränderlicher Wellenlänge an einer dünnen Seifenschicht

Erklärung

Abb. 3 Strahlweg an einer Seifenblasenhaut

Das Licht wird einerseits an der Vorderseite der Seifenhaut mit einem Phasensprung von \(\pi\) und andererseits an der Rückseite ohne Phasensprung reflektiert. Die beiden reflektierten Lichtwellen überlagern sich (interferieren). Je nach Dicke der Seifenhaut kommt es zu konstruktiver (verstärkender) oder destruktiver (auslöschender) Interferenz.

Bei konstruktiver Interferenz ist der Wegunterschied zwischen den beiden reflektierten Wellenzüge das Vielfache der Wellenlänge, wobei der Phasensprung als halbe Wellenlänge mit berücksichtigt ist.

Bei destruktiver Interferenz ist der Wegunterschied zwischen den beiden reflektierten Wellenzüge eine halbe Wellenlänge mehr als das Vielfache der Wellenlänge, wobei der Phasensprung als halbe Wellenlänge mit berücksichtigt ist.

Video des Realversuchs

Das folgende Video der TU Ilmenau zeigt, wie eine Seifenhaut nacheinander mit unterschiedlichem, monochromatischem Licht und abschließend mit weißem Licht beleuchtet wird. 

Großflächige Seifenhaut

Riesige fließende Seifenhäute werden erzeugt, indem man zwischen zwei mit Haltedrähten gespannten Drähten über einen Vorratsbehälter laufend Seifenlösung nachgibt, der dann langsam in die Wanne nach unten absinkt (siehe rechts).

Wegen der guten optischen Darstellung der Schichtdicken im reflektierten Licht verwendet man diese Anordnung um Turbulenzen in einer fließenden Flüssigkeit hinter einem Hindernis, dessen Form man vorgeben kann, zu zeigen (Im linken Bild wurde ein zylindrischer Körper in die Seifenströmung gebracht.)