¿Por qué muchos tipos de objetos son blancos, pero parecen grises cuando se mojan?

Question

Hay muchas cosas con diferentes texturas que parecen blancas: la sal, la espuma de la cerveza, el papel, la crema de afeitar, la nieve, el talco, la pintura blanca, etc. La respuesta más común es que todas las frecuencias deben reflejarse para que percibamos el blanco, lo cual ya sé. Debe haber más detalles que subrayen por qué una variedad tan grande de cosas son blancas. Además, si mojamos papel, nieve o polvos de talco, parecen blanquecinos o grises. ¿A qué se debe esto?

Answer 1

Si he leído bien su pregunta, se centra en cuál es la causa de que los objetos sean opacos y blancos. Hay un hilo conductor en la sal, la espuma de la cerveza y los polvos de talco: todos estos objetos tienen incrustadas partículas transparentes. Por ejemplo, si observamos la sal, en su "escala más pequeña" hay partículas transparentes llamadas granos. Si las partículas transparentes son pequeñas pero mayores que las longitudes de onda implicadas, la luz que entre en cada grano transparente actuará como un centro de dispersión. Es decir, la luz se reflejará y refractará, y volverá a salir con su frecuencia inalterada. Por eso el objeto parece blanco, pero no explica por qué es opaco.

Su opacidad se debe a que hay un cambio en el índice de refracción del aire y los granos transparentes de la sal. La cantidad de luz que se refleja viene dada por su reflectancia, que a su vez viene determinada por las diferencias entre los índices de refracción ( $n_1 =$ aire y $n_2 =$ sal). Cuando la luz está en incidencia normal, la reflectancia viene dada por

$$R=\frac{(n_1-n_2)^2 }{(n_1+n_2)^2}$$

Cuanto mayor sea la variación de los dos índices ( $n_1n_2$ ), más luz se refleja y el material parecerá más opaco. Para las frecuencias ópticas, el índice de refracción de la sal es 1,54 y su reflectancia en una superficie es R = 0,04. Sin embargo, una pila de sal está hecha con sus numerosos trozos de cristales de sal que reflejarán la luz en numerosas superficies, aumentando el número de reflexiones hacia el medio incidente.

Por lo tanto, la luz reflejada que llega al observador será blanca y opaca.

Ahora podemos aplicar esto al vapor de agua o a la espuma de la cerveza, a la nieve (cristales de hielo), al papel (fibras transparentes) o al polvo de talco (cristal) o incluso al vidrio molido, cada uno de los cuales está compuesto por partículas transparentes.

Así que la luz blanca se refleja en múltiples superficies con su frecuencia inalterada, aparecerán blancas y opacas. En cuanto a la pintura blanca, estoy adivinando, pero supongo que la pintura blanca está compuesta por pequeñas partículas transparentes que flotan en un adhesivo claro para que la pintura se pegue a la pared cuando se pinta.

La cuestión de por qué el papel, la nieve o el polvo de talco aparecen blanquecinos o grises debe deberse a que la reflectancia del material disminuye, ya que se refleja menos luz. Esto tiene sentido porque un material que se moja está ahora rodeando a las partículas transparentes con un índice de refracción más alto; es decir, el medio incidente pasa del aire al agua. El punto clave es que es la diferencia ( $n_1n_2$ ) que determina cuánto disminuye la reflectancia (véase la ecuación anterior). Por ejemplo, asumo que la nieve tiene un índice de refracción de hielo, $n_2$ (hielo)=1,30. Dado que $n_1$ (agua)=1,33, la reflectancia disminuye drásticamente para la nieve húmeda hasta R(nieve húmeda) $=1.3×10^{-4}$ ¡! Esta dramática disminución implica que mucha más luz está pasando y no se refleja, por lo tanto, su aspecto gris. Por lo tanto, si el agua rodea el papel o los polvos de talco, es la reducción de ( $n_1n_2$ ) que hace que los objetos aparezcan blanqueados. Esta fue mi parte favorita de tu pregunta y la razón por la que la respondí. ¡Gran pregunta!

Answer 2

Cuando se mojan las cosas blancas, parecen más oscuras porque al mojarlas se aglutinan y hay menos superficie para reflejar la luz.