• Cor de espelhos e das superfícies metálicas




  • Olá, professor Lang.


    Se o espelho reflete todas as cores, por qual razão ele não é branco? Seria pelo fato da reflexão ser especular?


    E um material que seja branco, se fosse polido de tal forma que ocorresse esse tipo de reflexão, nos veríamos nesse objeto da mesma forma que em um espelho comum?  Outra coisa, posso dizer que os metais, como prata, alumínio, são geralmente na cor branco fraco (cinza)? Se sim, por que esses metais não se apresentam na cor branca, já que refletem muito bem a luz?


    Desde já, obrigado! e perdoe-me por tanta pergunta rsrs. Abraços! :)


     





    Como é bem sabido espelhos conjugam imagens de objetos nas suas imediações. Então se percebermos cores em espelhos, estas decorrem da luz refletida por eles e que atingem nossos olhos. Muito bons espelhos, com alta refletância, pouca absorção da energia radiante, são obtidos utilizando-se metais como superfícies refletoras.  Entretanto outras substâncias podem em situações especiais funcionar como espelhos muito bons conforme se vê na foto seguinte e está discutido nas  postagens  Espelho de água perfeito: quais as fotos estão invertidas?Por que ocorre reflexo da paisagem na superfície da água? e Reflexão associada com a refração.  


    espelho


    Corpos cinza podem ser percebidos por nós  - e também pelos animais que possuem mecanismos na retina semelhantes aos dos humanos (refiro-me especificamente à "inibição lateral") - como pretos ou brancos dependendo do contexto conforme está discutido em Por que vemos objetos pretos?, exemplificado na figura seguinte onde os quadradinhos A e B são objetivamente iguais (o leitor que duvidar pode levar a figura para um editor de imagens e avaliar objetivamente a composição RGB dos quadradinhos A e B).


    tabuleiro


    Temos que vencer a tentação de avaliar objetivamente a luz que vem aos nossos olhos através da nossa visão. As nossas percepções visuais, apesar de frequentemente serem de consenso entre observadores diferentes, são sempre subjetivas pois dependem de todos os mecanismos perceptivos e não apenas de aspectos objetivos da radiação luminosa que chega aos nossos olhos.


    As cores que vemos dependem também do contexto em que um particular objeto se encontra, além de depender de características refletivas e da iluminação. Fiz algumas fotos de objetos metálicos - uma colher de aço, uma colher pequena de prata, dois pedaços de folha de alumínio culinário (um expondo a face mais brilhante e o outro a face mais opaca), dois espelhos de bolso com modura de aço (um plano e o outro côncavo) - posicionados sobre uma folha de papel ofício branco em três diferentes situações de iluminação.


    3fotos


    A foto superior foi feita à noite com iluminação fluorescente branca sobre os objetos. A foto do meio foi feita ao ar livre em um belo dia de céu azul sem nuvens, somente com a radiação solar indireta do céu (portanto com luz azulada). A foto inferior foi feita iluminando a cena com radiação solar direta.


    Na primeira e na terceira foto é importante notar que o papel branco de fundo ficou menos "branco" do que outras regiões da cena. Surpreendente é o tom azulado da segunda foto pois eu não o percebia no momento em que a realizei, exceto nos espelhos. Os nossos sensores retinianos são pouco sensíveis ao azul e por isso, ao ar livre quase não percebemos que os objetos brancos, preferencialmente iluminados com a radiação difusa do céu, estão inundados de azul. Nota-se também um leve tom azulado no papel da última fotografia.


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    COMENTÁRIO DE PEDRO DARDENGO NO FACEBOOK EM 12/06/2017:


    Lang eu vou falar o que sei sobre o assunto, gostaria que você me corrigisse se eu estivesse errado.


    Queria comentar primeiro sobre o fato de porque espelhos não são brancos.
    Um material é branco pois reflete toda luz do espectro visível, uma folha de papel branca reflete toda luz que chega até o mesmo, porém de maneira difusa, de forma que nenhuma imagem pode ser formada. Um espelho perfeito apesar de refletir todas as cores, ele possui uma propriedade a mais. A capacidade de refletir luz do espectro visível de uma maneira coerente, também chamado de reflexão especular, de forma que assim uma imagem pode ser construída.
    Ou seja, ambos objetos, espelhos e objetos brancos, refletem toda luz do espectro visível, porém o espelho o faz de forma coerente.
    Se você colocar apenas luz laranja na frente de um espelho ele "o será" laranja.
    Se você colocar apenas luz laranja na frente de uma folha de papel (objeto dito branco) ele "o será" laranja.
    Porém no espelho será possível ver uma imagem da fonte luminosa de cor laranja.
    Quando olhamos um objeto branco na luz solar por exemplo, luz de diversos comprimentos de onda o atingem e ele reflete todas elas, porém de maneira altamente desordenada, assim quando olhamos para o objeto vemos apenas uma superposição de luzes de diversos comprimentos de onda (cores) vindo de todos os pontos do papel, o papel fica completamente branco.
    Ao olhar para um espelho na luz solar, o mesmo é atingido pelas mesmas diversas luzes de diversas cores (comprimentos de onda), e da mesma forma que o papel, o espelho reflete todas elas, só que o faz de maneira ordenada de forma que podemos distinguir quais pontos do espelho refletiram amarelo, quais, refletiram vermelho, azul, verde... etc. Vemos uma imagem no espelho.

    Agora vou me voltar para a outra pergunta. Sobre polir um objeto branco. Porém para responder isso eu tenho que ir que muito mais fundo do que eu esperava, e por isso vou explicar um grande contexto antes de responder a pergunta.

    Apesar de eu compreender sua pergunta, ela se baseia em uma analogia equivocada e eu vou explicar por quê. O processo de polimento em metais se baseia em retirar do mesmo uma camada de oxidação e impurezas que ficaram, por motivos diversos, retidas em sua superfície, além de planificar a superfície do material. O resultado final é uma superfície homogênea (no sentido de conter apenas o metal) e plana. Se a superfície de um metal for rugosa ela refletirá em diversas direções deformando a imagem, e se uma fina camada de oxidação for deixada, parte do espectro será absorvido (ferrugem geralmente absorve luz, por isso tem aparência enegrecida), o resultado final de um material metálico nesse estado é a aparência CINZA, ou seja, não forma imagem devido a rugosidades, e enegrecida, por causa da fina camada de ferrugem. Isso geralmente é como vemos uma barra de aço em bom estado. Bastaria um polimento para que uma liga de aço se tornasse um espelho, porém logo após o final do polimento rapidamente oxidação iria se formar de forma com que o material começaria a formar imagens mais escuras (pois parte da luz é absorvida).
    Para evitar esse efeito em espelhos, são colocados materiais que não se oxidam, como prata. Porém a prata é extremamente cara, por isso você não compra uma folha de prata e chama de espelho, e sim um pedação de vidro bem polido (para ser bem transparente) com uma finíssima camada de prata atrás.

    Em uma colher de alumínio os riscos brilhosos vistos na colher quando a mesma reflete luz solar são devido a imperfeições na superfície deixadas pelos equipamentos que poliram de forma grosseira a colher (veja que eles tem em sua maioria traçados circulares).

    Mas o que acontece a nível atômico? O que acontece com a luz para ela refletir de forma especular em metais e ser espalhada de forma difusa em folhas de papel?

    Quando a luz atinge uma superfície três coisas podem acontecer, reflexão, trasmissão, e absorção.

    Absorção: a luz é absorvida quando a frequência da luz (que está asociada ao seu comprimento de onda que determina sua “cor”) é próxima a frequência de oscilação dos átomos do material, como a luz é uma onda eletromagnética (campo eletromagnético que oscila), e os átomos contém cargas elétricas, os átomos vão oscilar com a luz, porém os átomos tem uma frequência característica de oscilação, assim como um pêndulo ou balanço, quando a frequência da luz é próxima a essa frequência característica, o fenômeno de ressonância ocorre. Na ressonância o átomo passa oscilar rapidamente, se ele estava parado antes e oscila rapidamente agora, ele tem de ter retirando essa energia da luz que o faz oscilar. Assim toda a luz de frequência X que atinge um objeto constitúido de átomos que possuem frequência característica de oscilação X, essa luz é absorvida. Repare que a frequência característica depende de fatores como: rede cristalina, arranjo molecular, tipo de átomo, etc.

    Trasmissão: Nesse caso a luz atinge os elétrons e os fazem vibrar, a vibração dos mesmos é passada de elétron para elétron de uma forma relativamente ordenada, isso se propaga ao longo do material até que a energia seja passada aos ultimos elétrons do outro lado do material, os elétrons vibram, classicamente cargas que vibrando emitem radiação (luz).

    Reflexão: Quando a luz atinge um material os elétrons da superfície começam a vibrar (como já expliquei) porém cargas oscilantes emitem ondas eletromagnéticas. Um material reflete bem quando ele tem muitos elétrons livres, estes elétrons livres vibram e reemitem a onda incidente. Basicamente o que vai determinar se essa reemissão é ordenada ou espalhada é a estrutura atômica do material.

    Bom após esse contexto, fica mais fácil entender pq vc não pode pegar qualquer coisa, polir, e torná-la um espelho. Se o material absorver luz naquele comprimento de onda uma superfície plana não mudará esse fato. Se o material for já branco mas de superície rugosa como um papel, há outro problema. O papel não é condutor, sendo assim não possui elétrons livres que facilitariam a reflexão. Além disso devido a sua estrutura molecular certamente não ser cristalina, e sim uma trama de celulose, a reemissão da ondas será difusa, não importando a forma da superfície.

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    A inescapável subjetividade das cores em nossa percepção, mesmo havendo concordância intersubjetiva dos diversos observadores, já foi notada em muitas outras postagens do CREF:


    Faixas de Mach 


    Por que vemos a luz do laser verde no céu e não vemos a luz do laser vermelho?


    Como fazer as sombras coloridas?


    As sombras coloridas com cores secundárias


    Como que a luz amarela é formada na tela da TV?


    A luz que dá cor as coisas é uma energia, radiante, e o preto absorve toda ela e o branco nenhuma?


    Se as cores primárias são três, não entendo os sete setores do disco de Newton


    O amarelo da luz solar é diferente do amarelo na tela da televisão?


    Se a sombra é o lugar onde a luz não ilumina, como conseguimos enxergar coisas coloridas na sombra?


    "Docendo discimus." (Sêneca)





    Prof. Fernando Lang da Silveira - www.if.ufrgs.br/~lang/



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