为什么瀑布是白色的?

瀑布的英文waterfall将这个词的意思解释得很清楚,就是“掉落的水流”,地质学上叫作跌水,是由地球内力和外力作用而形成的。如断层、凹陷等地质构造运动和火山
喷发等造成地表变化,流动的河水突然地、近于垂直地跌落,这样的地区就构成了瀑布。
那么为什么水流老在跌落的过程中碎成飞沫呢?为什么瀑布是白色的?这个问题我想了很多年。在学了流体力学后才感到想明白了一些。
瀑布水流在重力作用下沉降,形成一个液-气两相系统,空气以一定速度对水流做绕流,空气对水流有几种力——浮力、表面曳力和形体曳力。水滴和气泡在曳力和压力下变形,使曳力增大,同时液滴和气泡内部产生环流,降低了相界面上的相对速度,使曳力减小,小液滴的环流运动较小,大液滴内部的环流使得终端速度大于刚性球。液滴直径较大时,液滴产生明显的变形,终端速度比刚性球小,直径大于某临界值时,液滴产生摆动,大于这一直径的液滴会自动破裂,于是连续的水流成为飞沫,也就是小水滴。
这解释了为什么瀑布总会碎成水珠,从而水珠和空气、泡沫一起飞流直下。
那么为什么泡沫是白色的呢?
通常所见的水之所以是无色透明的,是因为水在静止的状态下,是稳定的液相,各种波长(可以认为波长即颜色,实际上是一回事)的光都能透过。我们都看过浪花,实际上瀑布下落后也可以看成是浪花,两者是一致的。浪花主要是由泡沫和一些小水珠组成的,泡沫的表面是水膜,小水珠就像一些小棱镜;当光线照在泡沫和水珠上时,会在它们的表面发生反射和折射。折射到泡沫和水珠内的光线,射出时又会碰到周围的泡沫和水珠的表面,又将发生反射和折射……最终光线经过多次折射和反射后,从各个不同的方向反射出来。又因泡沫和水珠的总表面很大,且可以认为是各向同性,对各种波长的光反射机会几乎是均等的,不是选择反射,所以看起来水珠和飞沫形成的浪花呈白色。
于是整个瀑布上部是晶莹透亮,然后逐渐碎裂,飞溅的浪花看起来是白色的。
我不知道这样解释是否好懂,期待你们的意见,这样我才能说得更明白一些。
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