Esperienze con le bolle di sapone

Esperienza 7

Obiettivo

Determinare l'ordine di grandezza dello spessore di una membrana saponosa piana

Materiale occorrente

• Soluzione di acqua saponata
• Struttura per creare una lamina saponosa simile a quella per vedere i colori o semplicemente un telaio metallico (può andar bene una gruccia di metallo o un retino per da acquario privato della rete)

Procedimento

Se immergiamo il telaio nella soluzione saponosa e poi lo solleviamo delicatamente su questo si forma una lamina saponosa. Dopo qualche minuto su di essa iniziano a formarsi tante righe colorate mentre la lamina liquida verticale assume una sottile forma a cuneo. Proprio utilizzando queste strisce colorate possiamo calcolare lo spessore della lamina saponosa, alle diverse altezze.

Che cosa fare notare

Se la luce che colpisce la nostra lamina è luce bianca vediamo una gamma di colori che in un primo momento può sembrare una successione simile a quella dell'arcobaleno in realtà la successione schematica dei colori è la seguente a partire dall'alto:

Nero     Bianco     Giallo     Porpora     Blu     Verde

Poiché lo spessore va aumentando dall'alto verso il basso deve esistere un legame tra colore e lo spessore della lamina in quel punto.

Che cosa accade

La successione di colori vista sopra dipende proprio dallo spessore della lamina che è un fattore determinante dell'interferenza. Se consideriamo ad esempio una zona dove si vede il colore blu lo spessore è tale per cui interferiscono costruttivamente le radiazioni di lunghezza d'onda corrispondenti a radiazioni che all'occhio danno la sensazione di colore blu. Si può dimostrare che lo spessore in questo punto è dello stesso ordine di grandezza di queste lunghezze d'onda.
( l ~ 0,4 10^-6 m.)

In una lamina saponosa posta verticalmente è molto facile individuare una zona in cui lo spessore è quasi nullo, e nella quale avverrà la rottura: la parte superiore della membrana che appare di colore nero perché l'acqua scende e la lamina assume una forma a cuneo. Questa zona è nera perché il suo spessore è così piccolo che tutti i raggi interferiscono distruttivamente. La zona bianca compare invece in corrispondenza di un certo spessore dove tutti i colori interferiscono costruttivamente. (Ulteriori approfondimenti in merito al fenomeno dell'interferenza si possono trovare nell'esperienza 5: i colori riflessi da una lamina saponosa)

Per approfondire

Nello stesso modo si può calcolare lo spessore di una bolla di sapone purché abbia un diametro superiore a 7 cm. Infatti se il diametro della bolla è inferiore a 7 cm non si vedono le bande colorate o meglio sono osservabili con una lente  e solo in alcune zone. Questo perché lo spessore d della bolla è maggiore di alcune lunghezze d'onda. Perché si possano vedere le frange d'interferenza lo spessore deve diminuire fino ad arrivare ad uguagliare le lunghezze d'onda della radiazione visibile.
( l ~ 0,4 - 0,7 10^-6 cm)

Si può determinare l'ordine di grandezza dello spessore della bolla anche partendo dal peso della bolla stessa e mettendo in relazione le grandezze fisiche: massa, densità, volume.
(Vedi scheda a/7)

Si può cercare se esiste uno spessore minimo per la lamina saponosa. Questo esiste anche se è molto difficile da realizzare in pratica così in quanto più la membrana si assottiglia più la lamina tende a rompersi. È forse più facile realizzare una bolla di sapone molto sottile, infatti se abbiamo una buona soluzione e soffiamo molto lentamente attraverso una cannuccia riusciamo ad arrivare a spessori molto sottili. Lo spessore minimo raggiungibile corrisponde alle dimensioni di due molecole di sapone accostate nel senso della lunghezza.