Почему мокрая одежда темнеет, хотя вода прозрачная

Мокрое пятно на футболке кажется тёмным вовсе не потому, что вода её окрашивает. Она заполняет воздух между волокнами, и ткань становится прозрачнее: к нам отражается меньше света, а сквозь ткань начинает просвечивать то, что под ней, чаще всего кожа или другая одежда. Такое объяснение даёт физик Кристофер Бэрд из Западно-Техасского университета A&M в своём блоге о научных вопросах с неожиданными ответами. Его разбор интересен тем, что тот же принцип объясняет, почему снег, соль и облака белые, хотя состоят из прозрачных веществ, и почему мокрая синяя рубашка выглядит не прозрачной, а более насыщенной. А, если вам интересна тема прошлого и будущего, можете почитать, как в 1960-м году представляли себе 2017-й.

Мужчина льет воду из бутылки себе на джинсы

Почему одно мокрое пятно бывает и тёмным, и светлым

Начнём с простого опыта. Если надеть белую футболку поверх ярко-оранжевой и облить живот, пятно станет оранжевым, а не чёрным. Если поднести мокрую футболку к яркой лампе и посмотреть на просвет, мокрое место окажется светлее сухого, потому что пропускает больше света. Тот же фокус работает со снегом, сахаром или солью на тёмном столе: полейте горку водой, и она потемнеет, потому что стол начнёт просвечивать. Правда, смотреть придётся быстро, пока сахар и соль не растворились, а снег не растаял.

Волокна белой футболки сами по себе почти прозрачны

Отдельное волокно хлопка или полиэстера вовсе не белое. Его материал пропускает большую часть света и лишь немного отражает, примерно как оконное стекло: сквозь него видно улицу, но ночью в нём отражается комната. Одно волокно под микроскопом выглядело бы почти бесцветным и полупрозрачным — совсем как граница между правами и обязанностями школьников.

Макросъемка структуры хлопчатобумажной ткани с воздушными промежутками между волокнами

Белой ткань делает не сам материал, а его устройство. Отражение происходит на границе между волокном и воздухом, а таких границ в ткани огромное количество: каждое волокно окружено воздухом и соседними волокнами, а нити и переплетение складывают их в несколько слоёв. Свет, который прошёл через первое волокно, натыкается на следующее и снова частично отражается, потом ещё и ещё.

Еще больше познавательных материалов вы найдете в нашем Telegram-канале. Обязательно подпишитесь!

В итоге большая часть падающего света после многочисленных отскоков возвращается назад, причём в случайных направлениях. Мы видим это как ровный матовый белый цвет. И по той же причине сквозь футболку почти ничего не видно: до другой стороны ткани доходит лишь малая часть света. Так прозрачный материал превращается в непрозрачный только за счёт множества отражающих поверхностей. А ведь с одеждой происходят и другие казусы — например, вещи плохо пахнут после стирки, и мы выяснили, почему так происходит.

Снег, сахар и облака белые по той же причине

Этот эффект работает далеко не только с тканью. Возьмите бесцветный прозрачный материал, раздробите его или наполните мелкими пустотами с воздухом, и он побелеет. Кусок льда прозрачен, а снег, состоящий из крошечных кристалликов льда, белый. Кристалл каменной соли пропускает свет, а помолотая поваренная соль в солонке белая. То же и с сахаром: карамель из расплавленного сахара прозрачна, а сахарный песок белый.

Вода льется на белый сахар на деревянном столе

С кварцем история ещё нагляднее. Чистый кристалл прозрачен, кварц с множеством крошечных пузырьков внутри, так называемый молочный кварц, белый, а кварц, перетёртый до песчинок, даёт белый песок. Стакан воды прозрачен, но облако из мельчайших капель белое. Во всех случаях причина одна: микроскопическая структура создаёт множество границ, на каждой из которых свет частично отражается.

Вода заполняет воздушные карманы и убирает границы

Теперь пролейте воду на белую футболку. В мокром месте вода занимает все промежутки между волокнами, где раньше был воздух. С точки зрения света вода гораздо больше похожа на материал волокна, чем воздух: у них близкие показатели преломления. Поэтому на границе волокна и воды луч отражается в несколько раз слабее, ведь резкого перехода между средами больше нет. Отражающие границы почти пропадают, и мокрый участок оптически напоминает сплошной кусок прозрачного материала.

Исследователь с оптическим оборудованием в лаборатории

Именно поэтому к наблюдателю возвращается меньше света. В сухой ткани луч отскакивал назад после нескольких отражений, а в мокрой он чаще проходит насквозь и попадает на то, что под футболкой. Под белой футболкой обычно находится что-то темнее белого: кожа или другая одежда, и они поглощают часть света. Сама ткань при этом не темнеет, она становится прозрачнее, но глазу достаётся меньше отражённого света, и пятно выглядит темнее.

Эта тема вызывает много споров. Присоединяйтесь к обсуждению в нашем Telegram-чате!

Гладкая поверхность отражает свет только в одну сторону

Есть и вторая причина, по которой мокрое пятно выглядит тёмным. Шероховатая поверхность рассеивает свет во все стороны, поэтому кажется светлой под любым углом. Это диффузное отражение, из-за него лист бумаги одинаково белый, откуда бы вы на него ни смотрели.

Гладкая поверхность работает как зеркало: она отправляет свет в одном направлении, и яркой её видит лишь тот, кто стоит под нужным углом. Со всех остальных точек она выглядит тёмной. Это зеркальное отражение, и шанс случайно оказаться ровно под правильным углом невелик, поэтому гладкие поверхности в среднем кажутся темнее шероховатых.

Вода, заполнив поры ткани, превращает шероховатую поверхность в почти гладкую. Мокрое пятно отражает свет более направленно и с большинства ракурсов кажется темнее сухой ткани вокруг.

На цветной ткани вода делает цвет насыщеннее

С окрашенной одеждой картина сложнее, но принцип тот же. Краситель сильно поглощает одни цвета и отражает другие: синяя рубашка поглощает красный и жёлтый и отдаёт назад синий. Однако поверхность каждого окрашенного волокна, как и у белой ткани, по-прежнему отражает понемногу весь спектр, и эта белёсая примесь разбавляет цвет.

Поэтому цвет сухой синей рубашки всегда немного разбавлен белым и кажется светлее, чем мог бы быть. Когда ткань намокает, многократные отражения на границах с воздухом почти пропадают, свет глубже уходит в волокна и чаще встречается с красителем, который его поглощает. Белёсая примесь почти исчезает, синий становится чище, и мы говорим, что рубашка потемнела.

Плотно окрашенная ткань при этом почти не просвечивает: краситель поглощает свет раньше, чем тот пройдёт насквозь. Вода лишь убирает лишнее отражение и делает цвет более глубоким и насыщенным, что и отличает мокрые джинсы от сухих.

После высыхания воздух возвращается в ткань вместе со светлым оттенком

Важно, что вода ничего не делает с самой тканью химически и не вымывает краситель, иначе после высыхания остался бы след, причём светлее, а не темнее. Эффект чисто оптический и временный: пока в порах вода, границ волокно-воздух нет, и свет проходит вглубь. Как только вода испаряется, воздух снова заполняет промежутки между нитями, отражающие поверхности возвращаются, и ткань опять рассеивает свет назад так же, как до этого.

Читайте также: Молоко, чеснок и строгий ошейник: советы о животных, которые пора забыть

Этим мокрое пятно от воды принципиально отличается от настоящего пятна, скажем, от масла или сока. Там в ткани остаётся вещество, которое поглощает свет или само заполняет поры и не испаряется, поэтому след не уходит. Вода же просто испаряется, в ткань возвращается воздух, и футболка выглядит ровно так же, как до того, как её намочили.