Óptica: ¿Por qué el agua turbulenta aparece de color blanco?

Esta pregunta se puede responder en dos partes:

1. ¿Por qué una cascada no es transparente como el agua clara?

El agua clara es transparente porque la mayor parte del material tiene el mismo índice de refracción (1.33). Dondequiera que tenga una interfaz entre materiales de diferentes índices de refracción, tendrá cierta cantidad de reflexión. Es por eso que puedes ver tu reflejo en el agua aunque es transparente. La reflectancia del agua es bastante pequeña (alrededor del 2% con incidencia normal). Ahora suponga que, en lugar de una única interfaz, tiene una gran cantidad de interfaces donde se produce la dispersión (en el nivel de gota, es mejor llamarla dispersión en lugar de reflexión). Muy poca luz puede continuar a lo largo de su camino original superando todos estos dispersores, y por lo tanto la colección de gotas es opaca. La mayor parte de la luz sufre dispersión múltiple y va en todas las direcciones, que es lo que vemos.

2. ¿Por qué la luz dispersa es blanca en lugar de un color particular?

Esto se debe a que las gotas de agua tienen tamaños mucho más grandes que el rango de longitud de onda visible. Cuando la luz es dispersada por partículas comparables o más grandes que la longitud de onda (esto se llama dispersión de Mie), la dispersión es bastante independiente de la longitud de onda. Es decir, todos los colores en el espectro visible están dispersos por la colección de gotas casi por igual, y por lo tanto, el color que ves es blanco.

Porque está lleno de aire.

Mira, cuando la luz pasa del aire al agua, o del agua al aire, se dobla ligeramente, esta flexión se llama refracción. Por lo general, eso no hace mucha diferencia, ya que solo se dobla lo suficiente como para mover o distorsionar la luz ligeramente. Pero cuando el agua es turbulenta, se agita con microburbujas de aire, y la superficie misma se retuerce en todas las direcciones posibles.
Lo que todo esto significa es que, cuando la luz intenta ingresar al agua, se retuerce en todas las direcciones cada vez que pasa del agua al aire y viceversa. Toda la información visual se revuelve rápidamente, y la luz termina siendo devuelta como una luz blanca difusa. Es el mismo efecto que obtienes con nubes o niebla, excepto que allí, son gotas de agua suspendidas en el aire, en lugar de burbujas de aire suspendidas en el agua.

La razón por la que es blanca es porque la luz del sol es blanca. Si el río estuviera bajo luz roja, verde o morada, el río parecería ser de ese color.

Debido a la tubulancia, la cavidad de aire de las moléculas aumenta en agua y el tamaño efectivo de las moléculas de agua aumenta después de la dispersión, en lugar de aparecer agua azul o verde marino que parece blanca.