비누 거품은 왜 무지개색으로 보이나요?

Question

안녕하세요. 거품은 거의 투명한 액체막인데, 표면에서 여러 색이 나타나는데 이는 색소 때문이 아니라 빛의 간섭과 막 두께 변화 때문이라고 합니다. 그렇다면 얇은 액체막의 두께는 왜 위치마다 달라지나요?

Answer 1

안녕하세요.

비누 거품이 무지개색으로 보이는 현상은 말씀하신 대로 색소와는 전혀 무관하며, 얇은 액체막에서 일어나는 빛의 간섭 때문입니다.

먼저 색이 생기는 원리를 간단히 말씀드리자면 비누 거품의 막은 공기–액체–공기 구조를 가지는 매우 얇은 액체층입니다. 외부에서 들어온 빛의 일부는 막의 바깥 표면에서 반사되고, 일부는 막 안으로 들어가 안쪽 표면에서 다시 반사된 뒤 밖으로 나옵니다. 이 두 반사광은 서로 이동 경로 길이가 조금 다르기 때문에 위상이 어긋나거나 맞아떨어지게 되고, 그 결과 어떤 파장의 빛은 강화되고 어떤 파장은 상쇄되는데요 이 파장 선택 효과가 바로 우리가 보는 빨강, 파랑, 초록 같은 색입니다. 여기서 결정적인 요소가 막의 두께인데요, 막 두께가 수백 nm 정도일 때는 특정 파장만 강화되고, 두께가 조금만 달라져도 강화되는 색이 바로 바뀝니다. 그래서 거품 표면에 색 띠가 계속 움직이며 나타나는 것입니다.

이때 비누 거품의 막 두께는 위치마다 균일하지 않은 이유는 중력인데요 거품이 형성되면, 액체는 중력에 의해 서서히 아래로 흘러내립니다. 이 과정에서 위쪽은 점점 얇아지고, 아래쪽은 상대적으로 두꺼워지는 것이며 그래서 거품을 가만히 두고 보면 위쪽에서부터 색이 빠르게 변하다가, 결국 아주 얇아진 부분은 검게 보이며 터지게 되는 것입니다. 또한 거품 표면의 온도는 위치에 따라 조금씩 다르고, 공기와 접촉하면서 물이 증발하는데요 증발이 빠른 곳에서는 액체가 더 빨리 줄어들어 막이 얇아지고, 이 역시 두께 불균일을 강화하기도 합니다. 감사합니다.

Answer 2

안녕하세요. 김찬우 전문가입니다.

저도 한때 비누거품에서 만들어지는 색상이 무지개와 같은 원리로 만들어지는 것으로 알았습니다. 하지만 알고 계신데로 빛의 간섭에 의한 현상으로 만들어지게 됩니다.

비누 거품은 비누와 물분자가 섞여 있는 상태 입니다. 하지만 이러한 막의 두께가 일정하지는 않습니다. 이는 거품내부의 분자들은 중력에 의해 아래쪽으로 흘러내리기 때문에 위쪽은 두께가 얇고 아래쪽은 두께가 두꺼워지게 됩니다. 그리고 실시간으로 수분이 증발하고 있기 때문에 두께차이가 만들어지는 것 입니다.

그럼 답변 읽어주셔서 감사드립니다~! 더 궁금한게 있으시면 언제든지 문의 주십시요:)