Warum werden nasse Gegenstände dunkler?

Wenn Sie auf eine Oberfläche wie Sand, Ziegel usw. schauen, wird das Licht, das Sie sehen, durch diffuse Reflexion reflektiert .

Bei einer ebenen Oberfläche wie einem Spiegel wird auf die Oberfläche fallendes Licht im gleichen Winkel zurückreflektiert, in dem es auf die Oberfläche auftrifft ( spiegelnde Reflexion ), und Sie sehen ein Spiegelbild des auf die Oberfläche fallenden Lichts. Ein Material wie Sand besteht jedoch im Grunde aus vielen kleinen Glaskörnern, und Licht wird an allen Oberflächen der Körner reflektiert. Das Ergebnis ist, dass das auf den Sand fallende Licht in praktisch zufällige Richtungen zurückreflektiert wird und das reflektierte Licht einfach weiß aussieht.

Die Reflexion kommt von der Fehlanpassung des Brechungsindex an der Grenze zwischen Luft$\left(n = 1.004\right)$und Sand$\left(n \approx 1.54\right)$. Licht wird von jeder Brechungsindexänderung reflektiert. Angenommen, Sie haben die Zwischenräume zwischen den Sandkörnern mit einer Flüssigkeit mit Brechungsindex gefüllt$1.54$. Wenn Sie dies tun würden, würde es keine Änderung des Brechungsindex mehr geben, wenn Licht die Grenze zwischen der Flüssigkeit und dem Sand überquert, sodass kein Licht reflektiert würde. Das Ergebnis wäre, dass der Sand/die Flüssigkeit transparent wäre.

Und das ist der Grund für die Verdunkelung, die Sie sehen, wenn Sie Wasser zu Sand hinzufügen. Der Brechungsindex von Wasser$\left(n = 1.33\right)$ist weniger als Sand, so dass Sie immer noch etwas Reflexion bekommen. Die Reflexion von einer Wasser/Sand-Grenze ist jedoch viel geringer als von einer Luft/Sand-Grenze, weil die Änderung des Brechungsindex geringer ist. Der Grund dafür, dass Sand dunkler wird, wenn Sie Wasser hinzufügen, ist einfach, dass viel weniger Licht reflektiert wird.

Dasselbe gilt für Ziegel, Stoff usw. Wenn Sie viele Materialien aus der Nähe betrachten, stellen Sie fest, dass sie tatsächlich durchsichtig sind. Stoff wird zum Beispiel aus Baumwolle oder Kunstfasern hergestellt, und wenn Sie sich eine einzelne Faser unter einem Mikroskop ansehen, werden Sie feststellen, dass Sie hindurchsehen können. Der Grund für die Undurchsichtigkeit der Materialien liegt allein an der Reflexion an den Luft/Material-Grenzen.

Dieses Bild zeigt, dass, wenn eine Oberfläche von einer Wassergrenze bedeckt ist, die Lichtstrahlen, die der Oberfläche zugewandt sind, von ihr absorbiert werden. so würden weniger Lichtstrahlen in dem Bereich sein, um zu unseren Augen zu gelangen. Als Ergebnis sehen wir das Material dunkler.
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Johns Antwort ist am nächsten. Auf den optischen Index kommt es eigentlich nicht an. Materialien mit Mikrolöchern reflektieren Licht zufällig mit nur einer schmalen Grenze zwischen dem Material und der Luft. Wenn die Löcher mit Wasser gefüllt werden, wird ein Teil des Lichts in das Material reflektiert, sodass Ihr Auge weniger Licht sieht, das vom Material reflektiert wird.

Der Effekt scheint mit der Unschärfe einer Oberfläche zusammenzuhängen.

Trockenes Tuch ist sehr fusselig und reflektiert daher Licht in mehrere Richtungen. Wenn Sie es befeuchten, biegen Sie kleine Fasern auf der Oberfläche zu ihm hin, so dass Totalreflexion in weniger Richtungen auftritt.

Es ist vergleichbar mit Glas, das auch weiß erscheint, wenn es in ausreichend kleine Stücke zerbrochen wird, aber wenn es flach und intakt ist, nur in einem kleinen Intervall von Winkeln reflektiert. Ein weiteres Beispiel ist Seife, die etwas Farbe hat, bis Sie einen Schaum daraus machen.

Mir wurde von einem Physiker gesagt, dass das daran liegt, dass Sand zusammenklumpt, wenn er nass ist, sodass weniger Oberfläche darin ist, die das Licht reflektieren kann.