Направи дарение на училище!

Може би сте се питали защо почти можете да четете вестник през мазната хартия от баничка и каква магия стои зад способността на мазнината да прави хартията прозрачна.

За да я разгадаем, трябва първо да разберем как взаимодейства светлината с материята. Цветовете, които виждаме са светлинни вълни от видимия спектър с различна дължина на вълната. Виждаме тези вълни като различните цветове на дъгата – червено, оранжево, жълто, зелено, синьо и лилаво.

Когато вълната срещне обект, може да се случат няколко неща, в зависимост от това от какво е направен той. Вълната може да бъде погълната от предмета, може да бъде отразена (светлината отскача под същия ъгъл, под който е попаднала върху обекта),  да бъде разсеяна (да се разсее или отрази в много и различни посоки), да рефрактира (да бъде пречупена) или да премине през обекта, като го прави прозрачен.

Цветът на обекта, който виждаме, е цветът на отразената светлина. Бананът, например, е жълт, защото към очите ни е отразена вълна с дължина, която отговаря на жълтия цвят, а вълните с всички останали дължини на вълната са погълнати от обекта.

Разбери повече за БГ Наука:

***

Снегът е бял, защото отразява и разсейва еднакво всички вълни. Снегът е изграден от ледени кристали с миниатюрни въздушни пространства между тях. Когато светлината срещне снега, тя се разсейва и отразява при преминаването си през всички тези кристалчета.

Същото нещо се случва, когато светлината срещне лист хартия. Хартията е изградена от нишки, между които има малки въздушни пространства. При контакт между мазнината и хартията, миниатюрни капчици от нея запълват всички пространства между нишките в хартията.

В резултат, „Светлината не се отразява и разсейва”, казва Larry Scheckel, автор на „Попитайте учител: 250 отговора на въпроси за това как работят нещата от ежедневието, които всеки си задава”. „Тя просто трябва да премине от въздушната среда през мазнината. Светлината не се отразява от хартията към очите ни. Хартията става прозрачна или, за да бъдем по-коректни, полупрозрачна. Можем да четем през нея.”

Аналогично, ледът изглежда прозрачен, защото в него липсват въздушни пространства и светлината преминава директно през него.

Разсейването на светлината от обекти, като нишките на хартията, зависи от техния размер и форма, но и от разликата между индексите на пречупване на нишките и на околната среда. Индексът на пречупване или рефракционен индекс представлява отношението на скоростта на светлината във вакуум и скоростта на светлината в дадената среда. Скоростта на светлината във вакуум е 299,792 км/сек, а в целулоза – 204,079 км/сек. Колкото по-малка е тази разлика, толкова по-малко е разсейването.

Мазнините имат почти същия индекс на пречупване като хартията. Затова разсейването е минимално. По-голямата част от светлината, която би била разсеяна от неомаслената хартия, след омазняването преминава през хартията.

Водата има по-нисък индекс на пречупване от този на нишките на хартията и това е причината тя да не прави хартията прозрачна.

Чистата суха хартия е смес от целулозни нишки с индекс 1.469, докато въздушните пространства имат индекс на пречупване 1.000.

Когато погледнете през чаша с гладки стени, пълна с вода, виждате, че светлината променя посоката си, преминавайки през граничната повърхност между два материала. Според закона на Снел, когато вълната промени скоростта си при преминаване през гранична повърхност, тя променя и посоката си. Част от светлината се отразява при промяната в индекса на пречупване.

Ако погледнете през чаша пълна с ледени кубчета, ще установите, че е по-трудно да разберете какво виждате, защото при наличието на няколко пречупващи повърхности, не можете да сглобите лесно изкривеното изображение в главата си. Ако погледнете през чаша с натрошен лед, задачата става толкова сложна, че това, което виждате е усрдненият цвят на всички светлинни вълни, достигащи до повърхността на леда.

Целулозните нишки в хартията са дори по-малки от кристалите на натрошения лед. Светлината се пречупва и отразява обратно от хартията така, че повърхността изглежда непрозрачна. Освен това, целулозата пречупва светлината повече от леда, защото има по-голям индекс на пречупване. Индексът на леда е 1.31.

Да кажем, че полеете лист хартия с шафран. Повърхностното напрежение на олиото е по-ниско от това на целулозата и затова то я омокря, избутвайки въздуха от матрицата и образувайки гладка повърхност от двете страни на хартията. Шафранът има индекс на пречупване 1.466, който е доста сходен с този на целулозата.

Изчисленията са доста сложни, защото отразяванията и пречупванията зависят много от ъглите при повърхностите. За да ви дадем някаква представа за величините, за които говорим, отразяването на светлината, падаща под ъгъл 90° към повърхността въздух/целулоза, е ((n1-n2)/(n1+n2))^2 = 3.6% = 36000 ppm, но отразяването на светлината, падаща под прав ъгъл върху повърхността мазнина/целулоза, е 1 ppm. В уравнението n1 и n2 са индексите на пречупване на двата обекта.

Превод: Росица Ташкова

Източници: Business Insider, Quora

Вземете (Доживотен) абонамент и Подарете един на училище по избор!