Всем хорошо известно, что молоко имеет белый цвет, причем не важно чье, у всех млекопитающих оно одинаковое. Но что делает молоко белым? Оказывается, за это явление отвечают физические свойства популярного натурального напитка и на его примере в школе вполне можно объяснять некоторые оптические явления.
Почти девяносто процентов молока состоит из воды. Жирность коровьего молока составляет от трех до шести процентов, в зависимости от породы, времени года и типа корма. Молоко также содержит много других веществ в очень небольших количествах, таких как магний, кальций или ферменты.
Многие вещества в молоке делают его так называемой полидисперсной системой. Дисперсия состоит из среды, то есть воды, и других веществ, которые распределены в этой среде. Однако, точнее молоко называть не дисперсией, а эмульсией, то есть смесью двух жидкостей. Жир плавает в виде мелких капелек в окружающей воде. Сразу после доения эта эмульсия очень нестабильна. Жир быстро отделяется, поднимается и образует кремовый слой на поверхности (сливки).
Когда свет падает на жидкость, часть его отражается от поверхности, а остальная часть проходит сквозь нее. Из-за большого количества капель жира и других веществ, плавающих в молоке, свет сильно рассеивается. Поэтому молоко мутное. Ученые называют этот тип рассеяния эффектом Тиндаля. Если же в воду добавить другие вещества, например, соль, жидкость останется прозрачной. Это связано с тем, что ионы соли намного меньше компонентов молока и распределяются в воде более равномерно. В результате получается раствор, который практически не рассеивает свет.
Молоко кажется нам белым, потому что капли жира в нем отражают все волны видимого света бесчисленное количество раз. И поскольку солнечный свет или свет лампы накаливания покрывает весь видимый цветовой спектр (красный, желтый, зеленый, синий и фиолетовый), эти цвета смешиваются и производят впечатление белого цвета. Например, листья дерева в первую очередь отражают зеленые компоненты, в то время как другие цвета поглощаются их поверхностью.
Интересный эффект достигается, если добавить несколько капель молока в высокий стакан с водой, поднять его и направить на него сверху свет от фонарика. Если вы посмотрите сбоку на стекло, вы увидите голубоватый отблеск, если вы посмотрите вниз, смесь окажется красноватой. Причина: свет, который полностью проходит через стекло и снова появляется в конце, прошел более длинный путь, чем свет, который светит сбоку.
Синяя коротковолновая составляющая луча, рассеивается сильнее на длинном пути, чем длинноволновая красная. Вот почему синий цвет виден ближе к центру стекла, в то время как красный свет может пройти через всю жидкость и будет заметин только в конце. Молекулы воздуха рассеивают свет аналогичным образом, поэтому небо кажется красным, когда солнечные лучи проходят через атмосферу под углом утром или вечером. Однако в неразбавленном молоке плавает так много веществ, что эффект нивелируется частым преломлением света.
У разных животных молоко может иметь легкие оттенки, это связанно с более высокой или более низкой жирностью, а значит с разным количеством взвешенных веществ. Например, козье иногда имеет слегка желтоваты цвет из-за большего содержания каротина. Китовое молоко очень питательное; оно густое, обычно кремового цвета, жирностью до 54 %.