¿Por qué la textura de un objeto depende de la cantidad de luz que refleja?

Question

Cuanto más oscuro es un objeto, menos visible es su textura: la textura de una pizarra es visible porque refleja el 7% de la luz; la textura de una carretera asfaltada es visible porque refleja el 4% de la luz; un objeto recubierto de negro vanta no revela su textura porque absorbe casi toda la luz que incide sobre él. Referencia: https://youtu.be/EP0rH8IR22c

Pero cómo se relacionaría la visibilidad de la textura con la cantidad de luz que se refleja y no con la uniformidad de la reflexión. Si una carretera de asfalto tiene grietas en algunos puntos y es visible, ¿no significa que la reflexión en ese punto es diferente de la reflexión desde un punto donde no hay grietas?

Creo que debería ser la diferencia de reflexión en diferentes puntos (uniformidad) lo que determina la visibilidad de la textura. Por favor, aclárelo.

Answer 1

Hay algunas cosas que aclarar, esta es una explicación QM:

1. usted está hablando de la luz visible, así que eso es lo que voy a hablar

2. Hay dos tipos de reflexión, la especular (espejo) y la difusa.

Ahora bien, cuando vemos un objeto, es porque los fotones del objeto golpean nuestros ojos.

Cuando un fotón interactúa con un átomo, pueden ocurrir tres cosas:

1. la dispersión elástica, el fotón mantiene su energía y su fase y cambia de ángulo

2. la dispersión inelástica, el fotón conserva parte de su energía y cambia de ángulo

3. absorción, el fotón cede toda su energía al átomo

Se podría pensar que cuando se ve un objeto es debido a la reflexión. Eso no es correcto.

Cuando se ve un objeto, es por:

1. reflexión, es decir 1., dispersión elástica

2. absorción y reemisión, 3.

Ahora es la proporción de los tres, que es diferente.

En el caso de un objeto brillante, similar a un espejo, como los metales, la mayoría de los fotones se reflejan (se dispersan elásticamente). Esto también suele ocurrir cuando hablamos de reflexión especular (en espejo), cuando todos los fotones mantienen su nivel de energía, fase y ángulos relativos.

¿Ves la textura del espejo? No. ¿Por qué? Porque sí:

1. Los metales (excepto algunos) no tienen color propio. Reflejan los fotones visibles en su color original.

2. La estructura reticular de los metales en su superficie suele ser extremadamente plana (pulida), por lo que crean una reflexión especular, haciendo que se mantenga el ángulo relativo de los fotones.

Para un objeto no brillante, como el asfalto en tu caso, hablamos de reflexión difusa. Es difusa porque no se mantiene el ángulo de los fotones. En el caso del asfalto, la mayor parte de los fotones son absorbidos y reemitidos, y muy pocos son reflejados. El problema de la absorción y reemisión es que el ángulo será aleatorio. Por eso el asfalto crea una reflexión difusa, el ángulo de los fotones es aleatorio.

¿Ves la textura del asfalto? Sí. ¿Por qué? Es porque:

1. El asfalto tiene una estructura reticular aleatoria, no plana, en la superficie, e incluso si se hace el asfalto completamente plano en el nivel macro, con un rodillo de tambor de asfalto, la estructura reticular en el nivel QM seguirá siendo no plana, aleatoria, y creará un reflejo difuso. Lo que realmente se ve en el asfalto, es la estructura a nivel macro. Es porque la estructura mecánica de los ingredientes hace que el asfalto se rompa en pedazos en la capa superior. Así que básicamente estás hablando de ver una estructura a nivel macro.

2. La razón por la que se ve la estructura a nivel macro, es porque el asfalto reemite algo de luz visible, y las diferentes partes de la estructura macro reemitirán diferentes cantidades de fotones. Aunque la longitud de onda de los fotones (reemitidos) será casi la misma, se verá menos o más dependiendo de la estructura, y del ángulo en que se encuentre con respecto a la fuente de luz.

Así que en su caso, con el asfalto, la mayoría de los fotones visibles se absorben y algunos (4%) se reemiten, y muy poco se refleja (se dispersa elásticamente).

Es muy importante entender que hay dos estructuras de las que se puede hablar:

1. nivel micro, esto es a nivel QM, y provoca una reflexión difusa para el asfalto. Esto significa que el asfalto no puede crear una reflexión en espejo. El ángulo de los fotones reemitidos será aleatorio.

2. nivel macro, es decir, a nivel de las piezas, ingredientes del asfalto. Eso crea una macro textura visible.

Supongo que se refiere a esta textura de nivel macro. Esto es causado por una combinación de la reflexión difusa de nivel micro, y la reflexión de nivel macro.

Ahora bien, ¿por qué la estructura a nivel macro del asfalto crea una textura visible?

Es porque:

1. la intensidad de los fotones cambia al cambiar el ángulo relativo de la superficie de la macroestructura. Hay lados de una pieza de grava que reemiten más fotones con más intensidad en la dirección de nuestros ojos, y hay otros lados que reemiten con menos intensidad. Cuando nuestros ojos ven la diferencia de intensidad, vemos la textura. Esta es la mayor parte de la textura que vemos en el asfalto. Esto es la intensidad.

2. diferentes zonas de la macroestructura pueden reemitir fotones de diferente longitud de onda, y nuestros ojos lo ven también como textura. Esto ocurre con una proporción muy pequeña de fotones. Se trata de matices de color.

Así que, básicamente, la respuesta a tu pregunta es que la textura se crea por los cambios de intensidad y las sombras a nivel macro y la reflexión difusa y la superficie aleatoria no plana a nivel micro.

Con el supernegro (o vantablack), prácticamente no hay fotones visibles reemitidos o reflejados.

Así que no es reflexión. Es reemisión y reflexión. Estos revestimientos negros especiales hacen que casi no se reemitan ni se reflejen los fotones visibles. ¿Qué ocurre con los fotones? Todos son absorbidos por el revestimiento. Y no se reemiten (o al menos no en longitudes de onda visibles).

Answer 2

Hay varios factores que afectan a la visibilidad de la textura, como la reflexión especular y el brillo relativo. La textura de una superficie pintada de negro brillante es fácil de ver porque refleja la luz eficazmente en ángulos poco profundos (reflexión especular), lo que proporciona un fuerte contraste que depende del ángulo en el que cada parte de la superficie está orientada con respecto a la luz incidente y a tu ojo.

Si una superficie está pintada de negro plano, de modo que hay muy poca reflexión especular, la textura puede seguir siendo visible, pero será muy difícil de ver si hay un fondo sustancialmente más brillante: tus ojos se ajustarán para ver las partes más brillantes de la escena, y la luz muy tenue reflejada en la superficie negra plana será simplemente demasiado tenue para verla bien. En ese caso, la textura de la superficie puede ser más fácil de ver si se enmascaran o eliminan todas las partes brillantes del entorno; pero sin la reflectividad dependiente del ángulo, el contraste será bajo y, por tanto, la textura será difícil de ver.