Почему бензин на лужах образует радужные разводы?

Некоторое количество масла почти всегда присутствует на дорогах — обычно это смазочное масло, вытекшее из автомобилей, мотоциклов и других транспортных средств (бензин также может протекать, но это является сигналом опасности). Однако невооруженным взглядом заметить их пятна невозможно до тех пор, пока на улице не пройдет дождь.

Все дело в том, что масло и бензин имеют более низкую плотность, поэтому с водой они не смешиваются, а покрывают ее сверху неоднородной пленкой. Толщина ее может варьироваться: от толщины одной молекулы до нескольких миллиметров. Именно поэтому разводы такие разнообразные.

Вспомним школьный курс химии (вот и пригодилась). Вода — полярная молекула: плюс на водороде, минус на кислороде. Бензин — смесь неполярных углеводородов (алканов, циклоалканов, ароматики). Они не смешиваются, потому что полярные молекулы притягиваются друг к другу сильнее, чем к неполярным. Подобное растворяется в подобном. В результате бензин вынужден оставаться отдельной фазой на поверхности.

А вот любой физик скажет вам, что поверхностное натяжение воды — одно из самых высоких среди жидкостей (около 72 мН/м). У бензина оно втрое ниже. При контакте возникает градиент поверхностного натяжения: в центре пятна — почти чистый бензин, на периферии — бензин вперемешку с водой. Этот перепад заставляет жидкость перетекать из области с низким натяжением в область с более высоким.

Но не один только дождь играет роль в образовании этого эффекта. В тандеме с высокой влажностью ключевую роль занимает солнечный свет, который порождает явление, известное как интерференция света.

Когда солнечные лучи падают на верхний слой масляной пленки, часть из них сразу отражается, а другая часть проходит через этот слой и впоследствии отражается нижней поверхностью пленки. Иначе говоря, некоторые световые лучи преодолевают меньшее расстояние, чем другие, чтобы попасть в наше поле зрения. 

Эти два луча — отражающийся сразу и сначала преломляющийся, а затем отражающийся — накладываются друг на друга, создавая устойчивую картину усиления (конструктивная интерференция) или ослабления  (деструктивная интерференция) интенсивности света в разных точках пространства. В результате на луже появляются разноцветные разводы. в зависимости от угла зрения и наблюдения, мы можем увидеть оттенки от зеленого с фиолетовым до желтого с оранжевым.

Однако интерференция света зависит не только от неравномерной толщины пленки, так что увидеть ее можно и в других проявлениях. Этот эффект определяется также такими факторами, как угол падения пучка солнечные лучей, длины их волн и скорости распространения света в определенной среде. Другими примерами явления является радужное покрытие мыльных пузырей, CD-дисков и цвета побежалости, появляющиеся на нагретой чистой металлической поверхности.

Если посмотреть на мокрый асфальт после дождя, можно видеть, как лужицы спокойно лежат на местах. А вот бензин ведет себя иначе: он буквально «убегает» и за секунды создает огромное цветное пятно.

Секрет — в его физических свойствах. У воды довольно высокая сила поверхностного натяжения (грубо говоря, это стремление жидкости сжаться и собраться в шарик, как ртуть). А у бензина эта сила в три с лишним раза слабее. Попадая на воду, бензин оказывается «расслабленным» и хочет растечься. Все мы, плавая в море, ведем себя так же.

Виной тому интересный эффект, который называется эффект Марангони. Представьте себе толпу людей: в центре площадки их мало и никто не толкается, а на краях огромная давка. Естественно, захочется поскорее уйти из этого места. То же самое с бензином. В центре пятна — чистый бензин с очень низким натяжением (там «свободно»). А по краям бензин уже смешался с водой, натяжение выросло (там «давка»).

Кстати, именно поэтому масло растекается медленнее. У него вязкость, как у густого сиропа — ему мешает внутреннее трение. А бензин жидкий, плюс он легче воды и не тонет. В итоге он скользит по тонкой водяной пленке на асфальте с минимальным сопротивлением и за доли секунды расползается в ту самую тонкую радужную пленку.

В зависимости от угла зрения и наблюдения на разводах от бензина мы можем увидеть оттенки от зеленого с фиолетовым до желтого с оранжевым. Это зависит от нескольких факторов.