反射发生在物体表面或两种介质的界面上,分为镜面反射和漫反射 。几乎都是客观世界的漫反射 。
自然界中几乎所有的物体都可以反射光,物体的颜色是由物体反射的色光决定的 。不同的物体有不同的特性,它们可以选择性地吸收或反射有色光 。我们通常把物体在阳光下看到的颜色称为其固有颜色 。红色物体是因为它只能反射几乎红色的光,其余的彩色光被物体吸收 。能反射几乎所有颜色光的物体看起来是白色的,能吸收几乎所有颜色光的物体看起来是黑色的 。如果一束红光照射在绿叶上,它看起来是黑色的,因为绿叶只能反射绿光 。
光在透明或半透明的介质中传播时,属于透射 。在这个过程中,光与介质的粒子发生碰撞,光的传播路径会发生变化 。如果介质是均匀的,就会发生折射;如果介质不均匀,就会发生散射 。从微观的角度来看,散射可以看作是光被无数粒子向各个方向反射 。
图中显示了光在散射过程中的传播路径 。
它与透明和不透明相对 。当光通过的介质很薄时,只有一小部分光会被吸收,一些不透明的物体会变得透明 。比如在手电筒的照射下,一本书是不透明的,而书中的一页是透明的 。对于那些透明的物体来说,它们的颜色是由它们所能透射的色光决定的 。
天空和云的颜色是如何形成的?
在白天,人们可以看到这个世界,因为有阳光 。太空空摇曳了,没有什么可以反射光线的东西,所以看起来很暗,只能看到一些发光或者反光的天体 。
阳光照射在地球表面,让我们感到温暖,促进万物生长 。阳光到达地面之前,会穿过大气层和云层 。
人们生活在地球表面 。地球表面被厚达1000多公里的大气层所覆盖 。大气是一种具有良好透明度的混合物,主要由78%的氮气和21%的氧气组成 。并且在重力的作用下,海拔越高,密度越低 。云是由小水滴和水蒸气冷却后形成的冰晶形成的 。它们悬浮在几千米的空高度,处于半透明状态 。这两种介质都是异质的,因此不可避免地会发生散射 。
天空的颜色空与瑞利散射有关 。大气层直径小于1纳米,可见光波长在400纳米以上 。当透明粒子的尺寸小于光波长的1/10时,太阳光穿过大气时会发生瑞利散射(也称分子散射) 。瑞利散射的散射强度与波长的四次方成反比,即光的波长越短,散射越强 。
太阳光属于合成光,可以分解为红、橙、黄、绿、靛、紫七种颜色,其中紫光的波长最短 。在大气分子的作用下,波长较短的光更多地散射到整个天空空,紫色光和靛蓝色光在high 空中首先散射 。地面上的人几乎看不到,人眼对波长更短的蓝光更敏感,所以整个天空空看起来都是蓝色的 。如果没有散射,天空空就会很暗,比如月球上的天空空 。海水为什么是蓝色的,也和瑞利散射有关 。
没有大气层的干扰,太阳看起来是白色的 。当太阳斜照时,太阳光要穿过更厚更密的大气层,波长更短的光大多被散射 。当太阳光到达人眼时,红光所占的比例最大,所以早晨或傍晚看到的太阳是微红的 。红色指示灯在大雾中更容易被看到,也是这个原理 。
云的颜色与米氏散射有关 。当粒子的直径等于波长时,就会发生米氏散射,散射强度与光的波长的二次方成反比 。与瑞利散射相比,米氏散射要弱得多 。云本身很薄 。当阳光穿过云层时,各种颜色的光的散射强度都差不多,所以云层看起来是白色的 。云层厚的时候,阳光几乎照不下来,云层显得灰蒙蒙的 。
下图显示了颗粒大小和散射强度之间的关系 。
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