Здравствуйте, дорогие читатели! Давненько у нас не было рубрики #ШкольныеВопросы Сможете ответить на такой?

"Почему вода из-под крана бесцветная, морская — сине-зелёная, а снег — белый? Но при этом лёд прозрачный. Это же всё одно вещество!"

Секрет в разном поглощении и рассеянии в зависимости от обстоятельств.

🚰 Начнём с прозрачности. С точки зрения физики она означает, что видимое излучение слабо поглощается и рассеивается в тонком слое воды — например, в стакане или в ванне. Низкое поглощение вызвано тем, что энергия кванта (фотона) в этом диапазоне:
- слишком маленькая, чтобы возбуждать электроны в атомах водорода и кислорода (H₂O)
- но слишком большая, чтобы возбуждать колебания самой молекулы целиком.

Кстати, первое условие выполняется для ультрафиолета, а второе — для инфракрасного света, поэтому вода их и поглощает. А почему энергию кванта нельзя "разделить" — мы обсуждали здесь.

🌊 Синий цвет моря — свидетельство того, что достаточно толстый слой воды рассеивает свет. Поскольку размер молекул H₂O в тысячу раз меньше световой волны, происходит рассеяние Рэлея, которым мы уже объясняли голубой цвет неба. Более длинные волны (красные, оранжевые, жёлтые) отклоняются слабо и постепенно поглощаются на глубине. А синие и фиолетовые рассеиваются во много раз сильнее и в итоге возвращаются в наши глаза.
При наличии примесей (водоросли, фитопланктон) вода может быть зеленоватой или бурой.

❄️ Снежинка — это кристалл льда с множеством граней. А снег — беспорядочная груда снежинок, между которыми находится воздух.
Когда световой луч попадает в снег, он проходит через снежинку, а затем натыкается на её границу с воздухом или на другой хаотично ориентированный кристаллик. На каждой такой границе луч частично отражается, преломляется и меняет направление. Поскольку размеры снежинок и пустот между ними гораздо больше длины волны, фотоны на всех длинах волн примерно одинаково рассеиваются во всех направлениях (рассеяние Ми). Наш глаз воспринимает смесь всех цветов как белый.

🧊 Ну а толща льда — не снежный хаос, а упорядоченная структура (кристалл), где поглощение и рассеяние относительно слабы. Как у воды в примере выше.

#Оптика

Ловко? Подписывайтесь!