המערכת בנויה מאקדח בועות סבון ופנס שמאיר על הבועות שיוצאות.

הסבר התלמיד:

הצבעים המשתנים של בועות סבון נגרמים מהתאבכות של גלי האור. כשהאור פוגע בקצה הבועה הוא נשבר: חלקו מוחזר מהדופן החיצונית וחלקו נשבר דרכה ומוחזר רק בהגיעו אל הדופן הפנימית. אלומת האור המוחזרת מהבועה נקבעת, אם כן, על סמך התאבכות שני המרכיבים. הפרש הפאזה שנוצר בכל מסע בין המשטח החיצוני והמשטח הפנימי של הבועה הוא ביחס ישר לעובי הבועה וביחס הפוך לאורך הגל. מכאן שעבור כל עובי אפשרי של הבועה, ההתאבכות היא בונה עבור אורכי גל מסוימים, והורסת עבור אחרים. אם מקרינים על בועה אור לבן (כלומר, אור שמכיל את כל אורכי הגל הנראים), יבלטו מספר צבעים שיוחזרו ממנה בעוד שאחרים ייעלמו. הדבר ייצור מעין גוון צבעוני שמשתנה כשמשתנה עובי הבועה.

את שינויי הצבע אפשר לראות בבירור כשהבועה מתכווצת כתוצאה מאידוי. בתחילה, כאשר הבועה עבה, אין גלי האור הארוכים נראים, והבועה נראית ירוקה וכחולה, ואין בה כמעט אדום. לעומת זאת כשהבועה מתכווצת והמרחק בן הדפנות קטן, נעלם הצהוב, (ונותרת בועה כחולה יחסית). אחריו נעלם הירוק (מה שמשאיר בועה אדומה יחסית) ואחריו הכחול (מה שמשאיר בועה צהובה). לבסוף, כשהבועה דקה מאורך הגל הנראה, יבטלו כל הגלים זה את זה ולא תראה שום השתקפות. בשלב זה יהיה עובי הבועה פחות מ-25 ננומטרים וקרוב לוודאי שהיא תהיה על סף פיצוץ.

השפעת ההתאבכות קשורה גם לזווית שבה פוגעת קרן האור בבועה. אפילו אם עובי הבועה הוא אחיד (מצב בלתי אפשרי שכן כוח המשיכה מושך את הנוזל כלפי מטה) ישתנו הצבעים בגלל תנועה של הבועה או של מקור האור.

הרחבה:

את התופעה שצולמה אפשר להסביר, כפי שעשתה זאת התלמידה, על ידי עיקרון התאבכות האור בקרומים דקים. בועת הסבון עשויה מקרום דק, כאשר חלק מן האור הפוגע במשטח העליון של שכבת השמן מוחזר וחלקו נשבר אל תוך הקרום. האור הנשבר אל תוך הקרום מוחזר בחלקו מן המשטח התחתון שלו. כתוצאה מכך נוצרים הפרשים במופעים בין האור המוחזר מהמשטח העליון של קרום הבועה לבין האור המוחזר מהמשטח התחתון שלה ומתקבלת התאבכות. לכל צבע מתאים אורך גל שונה. כאשר ההתאבכות בונה וישנו מקסימום, נראה צבע ואילו כאשר ההתאבכות תהיה הורסת נראה את קרום הבועה. השרטוט המצורף יכול לסייע בפירוט ההסבר:

הפרש המופע נוצר כתוצאה מההפרש בדרכים האופטיות (OPD) בין האור המוחזר מהמשטח העליון לאור המוחזר מהמשטח התחתון. בחישוב הפרש זה יש לקחת בחשבון גם את השינוי במהירות ההתקדמות של האור בשני התווכים, כפי שהוא מתבטא במקדם השבירה השונה שלהם:

הצבת ערכים אלו תוך שימוש בחוק סנל תתן:

בנוסף להפרש הדרכים האופטיות יש לקחת בחשבון את העובדה כי מאחר שמקדם השבירה של החומר ממנו עשוי קרום הבועה קטן מזה של האוויר אך גדול מזה של המים הרי שבהחזרה מהמשטח העליון יעבור האור הפוגע היפוך פאזה ואילו בהחזרה מהמשטח התחתון הפאזה לא תשתנה. לפיכך, התאבכות בונה מרבית תתרחש כאשר הפרש הדרכים האופטיות יהיה שווה לכפולה שלמה פחות מחצית מאורך הגל:

ואילו התנאי להתאבכות הורסת מרבית יהיה:

ומכאן שהתנאי להתאבכות בונה מרבית יהיה:

ואילו התנאי להתאבכות הורסת מרבית יהיה:

מאחר שלכל צבע מתאים אורך גל שונה, הרי שלפי משואה 2)) ההתאבכות הבונה המרבית לכל צבע תתקבל בזווית אחרת.