Hvers vegna verður vatn hvítt þegar það fellur niður, eins og í fossum?

Nafn þitt

Netfang þitt

Netfang móttakanda

Ruslpóstvörn =

Svar

Hvers vegna verður vatn hvítt þegar það fellur niður, eins og í fossum?
Endurkasti ljóss frá flötum er skipt í tvo flokka: speglun og ljósdreifingu.

Við speglun (e. spatial reflection) ræðst stefna endurvarpaðs ljósgeisla af stefnu upprunageisla miðað við endurvarpsflötinn. Til að flötur geti framkallað spegilmynd af ljósgjafanum þarf endurkastið að vera af þessu tagi.

Endurkast með ljósdreifingu (e. Lambertian reflection) fer í allar áttir og upplýsingar um upprunastefnu ljósgeisla fyrir endurkast týnast. Ljósdreifing framkallar ekki spegilmynd af ljósgjafanum. Við skynjum form og litaáferð hluta í umhverfinu í gegnum ljósdreifingu.

Sléttur vatnsflötur er speglandi. Geisli sem fellur úr lofti á flötinn skiptist í tvennt. Ef stefna geislans er í grennd við hornrétt á flötinn speglast 4% af orkuinnihaldi geislans og 96% orkunnar flyst inn í vatnið og heldur sinni ferð áfram þar. Vatnsflöturinn er því daufur spegill.

Hugsum okkur nú að flöturinn leysist upp í smáa vatnsdropa, líkt og gerist þegar sjávaralda brotnar og freyðir, eða vatn í fossi slitnar upp í dropa þegar fallhraðinn vex. Ljósgeisli sem fellur á þessa froðu klofnar upp á fyrsta dropa, lítill hluti speglast en stærstur hluti fer í gegnum dropann og lendir á næsta dropa þar sem sagan endurtekur sig. Ef droparnir eru margir á hverja rúmmálseiningu getur stór hluti ljósorkunnar endurvarpast frá froðunni og margspeglunin fær einkenni ljósdreifingar, það er upplýsingar um upphafsstefnu geislans týnast. Til okkar berst því ljós sem kom að úðanum úr mörgum áttum.

Ef droparnir eru miklu stærri en öldulengdir ljóssins verður speglun frá hverjum og einum þeirra jafnsterk fyrir allar öldulengdir. Við skynjum áferð froðunnar því hvíta. Til hliðar við fossinn þar sem úðinn er ekki eins þéttur og því gegnsær að hluta sjáum við bergið í gegnum gráa slykju. Munurinn á grárri og hvítri áferð liggur í styrk endurvarpsins frá froðunni og endurspeglar þéttleika og þykkt froðunnar (úðans).

Um skýin gildir annað þar sem þau eru baklýst og við horfum á gegnskin frekar en endurvarp. Þunnar skýjaslæður eru hvítar (ljósar), meðan þykkari og þéttari óveðursský eru grárri (dekkri). Svipað gildir um þokuna. Þétt þoka er dökk og kallast svartaþoka ef hún lokar fyrir dagsbirtuna en verður hvít ef þú ert með vasaljós eða annan ljósgjafa og skynjar endurvarp frá þokunni frekar en gegnskin.

Þessa umræðu má líka yfirfæra á áferð snjókristalla og samfellds íss samanber svarið við spurningunni Af hverju er snjórinn hvítur?

Myndir:

• Gullfoss. Sótt 10.11.11.
• Þoka. Sótt 10.11.11

...