Introductie

Lichtinterferentie in dunne films Lichtinterferentie in zeepvliezen ontstaat doordat het vlies twee reflecterende oppervlakken heeft: de twee grensvlakken die de zeep van de lucht scheiden, aan beide kanten van het vlies. Als je van een willekeurige kant door het vlies kijkt reflecteert licht van beide oppervlakken. Omdat het vlies zeer dun is liggen deze vlakken zeer dicht bij elkaar en zijn vrijwel parallel. Het vlies is meestal niet veel dikker dan een paar micrometer. Wit licht dat door beide oppervlakken gereflecteerd wordt zal met zichzelf interfereren: onder bepaalde hoeken zal voor een bepaalde kleur licht (golflengte) het verschil in weglengte juist een heel aantal golflengten zijn, en die kleur licht wordt dan versterkt (constructieve interferentie). Als het verschil in weglengten niet een heel aantal golflengten is, wordt de kleur licht deels of geheel uitgedoofd (destructieve interferentie). Omdat de hoeken waarover constructieve interferentie optreedt voor elke kleur licht anders zijn, en wit licht uit alle mogelijke golflengten bestaat, breekt het witte licht op in kleurbanden.

Zeepvliezen, olie op water en sommige soorten dunne plastic folie laten interferentiekleuren zien. Deze kleuren door interferentie komen ook in de natuur voor, bijvoorbeeld irisaties in wolken en de krans rond de zon of maan.

Over zeepvliezen en dunne folies

Om interferentie te bestuderen en fotograferen, is het handig om het een en ander over zeepvliezen te weten. Iedereen kent deze zeepvliezen, bijvoorbeeld uit de jeugd bij het bellen blazen, of bij het wassen van de vaat.

Zeepbellen zijn zeepvliezen waarin lucht zit. Deze bellen kunnen in de lucht zweven of op schuim zitten. Zeepbellen in de lucht zijn vrijwel rond, terwijl zeepbellen op wateroppervlak halfrond zijn. De lucht in de bel is opgesloten, en de bel blijft bestaan zolang het vlies in staat is de oppervlaktespanning op zichzelf in stand te houden zonder te barsten. Het vlies wil hierdoor samentrekken, maar de opgesloten lucht oefent een tegendruk uit. Hierdoor is de zeepbel stabiel.

Grotere zeepbellen hebben over het algemeen een kortere levensduur dan kleine bellen. Een groot vlies dat je soms in een glas o.i.d. ziet na het afwassen springt vaak binnen enkele minuten, terwijl de kleine bellen die het schuim in de gootsteen vormen een lange tijd kunnen blijven bestaan.

Zeepvliezen worden langzaam dunner, wegens verdamping en ook door zwaartekracht (met name de grotere zeepvliezen). Je kunt dit effect bestuderen door de interferentiepatronen in het vlies te bekijken. Als je vele kleurherhalingen ziet is het vlies nog relatief dik in verhouding tot de golflengte van het licht. De kleurherhalingen zie je als het vlies in dikte varieert.

Kleurbanden in een zeepvlies wegens niet-uniforme dikte van het vlies. Het vlies is het dunst aan de bovenkant, waar constructieve interferentie van zichtbaar licht niet meer mogelijk is. Het vlies is daar dus zwart.

Als het vlies dunner wordt, worden de twee oppervlakken waaruit het vlies bestaat meer parallel en de kleurbanden bewegen dan verder uit elkaar. In het begin (als het vlies nog dik is) zie je veelal roodachtige kleuren, die een langere golflengte hebben. Naarmate het vlies dunner wordt is op een gegeven moment geen constructieve interferentie meer mogelijk voor de langere golflengte, en verdwijnen de roodachtige kleuren. Het vlies heeft nu blauwe en groene kleuren. Als het vlies nòg dunner wordt, verdwijnen alle kleuren, ook de kortste golflengten die wij nog kunnen zien (blauw en violet), en ziet het vlies er nu doorzichtig uit.

Dit laatste stadium duurt niet lang; meestal binnen enkele seconden nadat de interferentiekleuren verdwijnen barst het vlies.

Het voorgaande helpt je inschatten wanneer een zeepvlies de mooiste kleurpatronen heeft, en hoe lang je de tijd hebt om foto's te maken. Een groot deel van de tijd bij het fotograferen ben je aan het scherpstellen en de lichtval aan het optimaliseren, dus veel tijd om het vlies zelf te bestuderen heb je niet. Het helpt dus om vooraf een aantal vliezen te maken en daarvan de eigenschappen (met name de levensduur) na te gaan voordat je gaat fotograferen.

Fotografie

Dunne vliezen laten veelal blauwe kleuren zien. "Druppels" die ontstaan door hogere zeepconcentratie maken het vlies plaatselijk iets dikker en maken zo de fraaie gekleurde druppelpatronen.

Je hebt het volgende nodig:

• draadframe, van dik ijzerdraad.
  
• zwart vel karton, of beter nog een stuk zwart doek
  
• kom water
  
• vaatwasmiddel
  
• suiker of glycerine
  
• camera met 135mm telelens
  
• draadontspanner
  
• in hoogte verstelbaar statief
  
• macro-balg of tussenringen, genoeg voor 10 cm
  
• enkele boeken of andere zware voorwerpen
  

Buig de draad in een rechthoekig frame, dat gesloten is, en ongeveer 5 bij 7 centimeter groot is. Op de tafel leg je de zwarte doek of stuk karton. De tafel moet verder goed belicht worden door ofwel direct zonlicht, danwel licht van de bewolkte lucht (dit is ideale lichtval). Gebruik geen kunstmatig licht. De boeken kun je gebruiken om het draadframe op enige hoogte boven de zwarte oppervlak te hangen, zodat dit laatste niet ook scherp op de foto komt, maar als een structuurloze zwarte achtergrond.

Deze prachtige structuren ontstaan gewoon in een zeepvlies!

Meng wat vaatwasmiddel met water, en eventueel de suiker of glycerine. De suiker of glycerine verlengt de levensduur van het vlies, zodat je meer tijd hebt om te fotograferen. Maak wat zeepvliezen door het draadframe in de oplossing te dompelen en bekijk het vlies.

Je zult macrofotografie moeten doen, met de camera op enige afstand van het vlies. Daarom kun je geen groothoeklens of standaardlens gebruiken. Het beste is een vergrotingsfactor van ongeveer 1 (zie macrofotografie voor meer informatie hierover), met gebruik van een 135mm lens.

Om te fotograferen moet je het statief naast de tafel plaatsen, en de camera boven de tafel naar beneden laten wijzen. Op deze manier kun je het draadframe horizontaal houden bij fotografie, wat de levensduur van het vlies iets verlengt (de zwaartekracht is zo minder effectief om het vlies dunner te maken). Het licht moet onder een hoek op het vlies vallen om de kleuren goed te laten zien; hiermee moet je experimenteren. De kleurpatronen bewegen vaak vrij snel, soms te snel om scherpe opnamen te maken (omdat je relatief lange belichtingstijden nodig hebt). Als je flink wat suiker aan de oplossing toevoegt "bevriest" het kleurenpatroon in het vlies na enige tijd, en dit helpt enorm.

Enkele tips

Een bolvormig vlies toont fraaie cirkelvormige kleurringen.

• Houd rekening met het feit dat de meeste camerazoekers slechts ongeveer 90% van het totale frame laten zien; als je het draadframe zelf buiten de foto wilt hebben moet je dus oppassen dat het niet toch gefotografeerd wordt ook al lijkt het buiten beeld.

• Wacht een paar minuten voor het vlies om zich te stabiliseren. In het begin is het vlies zo dik en onregelmatig dat de kleurbanden zeer snel bewegen.

• Een klein diafragma zoals f/11 of f/16 om de scherptediepte te verhogen is alleen goed mogelijk als de kleuren niet meer bewegen, wegens de lange belichtingstijd. Het is beter om korter te belichten met een wat groter diafragma, en de camera zo recht mogelijk boven het vlies te positioneren zodat je maar weinig scherptediepte nodig hebt.

• De camera moet stevig gemonteerd zijn op een stabiel statief, anders worden de foto's waarschijnlijk onscherp.

• Je kunt je kunstzinnigheid gebruiken om voor fotografie het vlies te draaien terwijl het vlies dunner wordt. Je kunt zo de kleurbanden beïnvloeden, en hiermee een interessanter kleurenpatroon creëren.

• Grotere draadframes zijn minder geschikt want dan bevriest het kleurenpatroon niet, hoewel deze wel andere zeer fraaie kleurpatronen kunnen krijgen. Het is de moeite waard om met verschillende soorten en maten draadframes te experimenteren.

• Probeer een bolvormig vlies te maken, door een beker (liefst zwart!) omgekeerd in de oplossing te houden, om er zo een zeepvlies op te krijgen. Vervolgens moet je een rietje vochtig maken met de oplossing, en deze door het vlies heen steken. Als je nu door het rietje in de beker blaast en het rietje er daarna uittrekt, heb je een bolvormig vlies. De kleurpatronen hierbovenop zijn ook zeer fraai om te zien en te fotograferen. Het vlies wordt op het hoogste punt door de zwaartekracht snel dunner.