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為什么汽油在水面上是彩色的?

2020-06-17 16:40圖文來源: 新華網、科普中國

大家是否在生活中注意過,若在雨后積水的道路上剛好灑上了汽油,則會發現一片片汽油膜在陽光的照射下發出七彩的光芒。是什么令水和汽油結合產生了如此奇妙的現象呢?

汽油是我們日常生活中廣泛使用的一類物質。從化學角度,汽油是復雜烴類的混合物,呈無色至淡黃色的易流動液體狀。根據汽油的制造過程,可將其分為直餾汽油、熱裂化汽油、催化裂化汽油、重整汽油、焦化汽油、疊合汽油等。根據不同的用途,汽油可分為航空汽油、車用汽油、溶劑汽油等三大類。

那么,為什么原本呈無色至淡黃色的汽油,滴在水面上就會呈現出各種顏色呢?這背后蘊藏著哪些科學原理呢?

首先,因為汽油不溶于水,當它和水接觸時,會在水面上形成一層油膜。當太陽光透過這層油膜的上表面和下表面時就會發生散射,呈現出不同的顏色。這是一種光的干涉現象。

可以將其和水波的干涉現象相類比,當我們從同樣的高度,同時丟下兩塊大小相同的石頭,兩塊石頭都會在水面上蕩漾出漣漪。當這兩塊石頭激起的水波相遇時,在其相遇的區域,水面起伏的程度更劇烈,水面的高度會有所不同。更直觀一點的形容是:水面從中心向外,既會形成同心圓狀的高低相間的圈,也會形成有輻射狀的高低相間的條紋。

同理,兩列光波相遇時也會發生干涉。漂浮在水面上的油膜,在各處的厚度是不一樣的。當光照在油膜上時,有些部分會直接被油膜表面反射,有些部分則會進入油膜內部,被油膜下面的水表面反射。我們都知道,太陽光其實是由紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫七種顏色的光組成的復色光,當它在油膜的正面和背面反射相遇時,就會產生干涉現象。有的光線會互相加強,有的光線會互相減弱,甚至完全抵消。光波的波長和油膜的厚度決定了光線是加強還是減弱。因此,由于油膜的厚度各處不一,陽光中的不同波長的單色光在不同厚度的地方,或加強,或減弱,或抵消,最終呈現在油膜上的效果就是有各種不同的顏色。

光的干涉原理也常被應用在各類生產實踐中。例如在磨制各種鏡面或其他精密部件時,要想對加工表面的形狀及其精度進行更為精準的檢查,就可以借助到利用光的干涉原理制成的干涉儀,來測定部件長度的微小變化、機件磨光面的光潔度等。

本文由北京市第六十五中學一級教師胡曉艷進行科學性把關。

本作品為“科普中國-科學原理一點通”原創,轉載時務請注明出處。

作者:程方潔 責任編輯:吳麗莉

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