服が水に濡れると色が濃くなったり透けたりする理由

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真夏に汗をかくと汗で服が濡れて色が変わります。 特に灰色の服は汗染みが目立つので、夏はなるべく汗染みが目立たない白や黒の服を買うことが多いですね。

そういえば汗で色が変わると言っても、大きく変わるものと大して目立たないものがあります。 それに白いシャツなどは濡れると地肌が透けて見えるのも変な話です。

これは一体なぜなのかと言えば「光の屈折率」が関係しています。 濡れることで光の反射・吸収作用が変わり、それによって色が変わっているのです。

そもそも色とは何か

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我々が認識している色とは、物体に当たって跳ね返った光のパターンです。

光には「光の三原色」と呼ばれる、赤・青・緑の3色の可視光線があり、この三色を作る光が混ざりあって色を作っています。 ちなみにウェブサイトの色も赤・青・緑を混ぜて作っているんですよ。この3色を混ぜることで人間が認識できる全ての色を作ることができます。

なぜ光を3色として認識しているのかと言えば、人間の目がそうなっているからです。 人間の網膜には「錐体」という光の波長を色として認識する細胞があり、赤錐体(L錐体)は長波長の光を赤く、緑錐体(M錐体)は中波長の光を緑に、青錐体(S錐体)は短波長の光を青く認識します。

光は元々は全ての波長を有しており、そのまま見ると白いです。 この白い光がリンゴに当たった時、リンゴは長波長の光を反射し、中・短波長の光を吸収します。 これによりリンゴからは赤い長波長の光線が反射され、我々の目は「リンゴが赤い」と認識する訳です。

これが中波長を吸収して長・短波長を反射すれば赤と青を混ぜた紫色に見えますし、全ての光を吸収すれば黒色に見えます。 「色」とは「物体に光を当てた時に長・中・短波長の光をどのように跳ね返すか」であると言えます。

よく「白は光を反射する」「黒は光を吸収する」なんて言いますが、これは「光を反射しているから白い」「光を吸収しているから黒い」の方が実態に即しています。

動物ごとに色の見え方が違うのは持っている錐体細胞が違うから

「動物は人間と色の見え方が違う」とよく言われますが、これは持っている錐体細胞の違いによるものです。 人間は前述した3色を持っていますが、犬や猫など哺乳類の多くは赤錐体と青錐体の2色しか認識できないため人間より色の認識力が低いとされています。 また鳥や昆虫は前述の3色に紫外線を加えた4色が見えるので、人間には認識できない色も認識していると考えられています。

なぜこんな違いがあるのかと言えば、生物が生存・繁栄する際に色の識別がどこまで必要だったかに依ります。 生物が爬虫類まで進化した段階では4色の錐体細胞を持っていましたが、哺乳類の祖先として誕生した動物は夜行性で、緑と紫外線の識別が不要になり錐体細胞は2色となりました。 しかし約3000万年ほど前にヒトを含めた霊長類の一部は進化の過程で失われた緑錐体を再び獲得して今に至ります。

緑錐体は果実などを得ることに非常に役に立ち、色覚を持つ個体が持たない個体を淘汰して霊長類に広まっていきました。 そんな事情で霊長類は比較的人間に近い色覚を持っていると考えられています。

服が濡れると色が変わる理由は光

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前項で色とは物体が光をどう反射させるかと言いました。 服が濡れると色が変わるということは濡れることで光の反射・吸収作用が変化したということです。

例えば灰色のシャツを着ている時に汗をかいた場合、水に濡れた場所が黒っぽくなります。 黒く見えるようになったということは、光を吸収するようになったということですね。 これは乱反射しなくなったことが要因です。

物体の表面は人からすれば平らに見えるものでも、拡大してみるとかなりデコボコになっています。 デコボコなものに光が当たると色々な角度で反射します。これを乱反射と言います。

かき氷は氷を削る前は透明ですが削ると白くなります。これも光の乱反射による作用です。 物体を細かくすると光を乱反射しやすくなり、乱反射は物体の色を消して白く見せる働きがあります。 牛乳・雲・雪なども乱反射によって白く見えています。

表面がデコボコの物体を水に濡らすと表面がコーティングされ、デコボコが抑制されます。 そうすると乱反射せずに正反射される光が多くなり、物体の本来の色が浮かび上がってきます。 そのため水に濡れると色が濃くなったように見えます。つまり灰色のシャツは濡れると黒くなるというより、乱反射で白く見えていたものが本来の色になると言えます。

なお白い肌着などは水に濡れると透過して地肌が見えるようになりますが、これは光の散乱が抑制されるために起きる現象です。 シャツは拡大して見ると実はすき間だらけで、繊維のすき間には沢山の空気を含んでいます。

これが濡れると繊維の間にあるものが空気ではなく水になりますが、水の屈折率は空気よりも高いです。 繊維⇔空気よりも繊維⇔水の方が屈折率の差は少なく、屈折率の差が少ないと光の散乱が生じにくくなります。 しかし白は光を吸収しないので、吸収も反射もされなかった光は透過します。 透過した光はシャツを貫通して地肌に当たって跳ね返ってくるので、肌が透けて見えるようになる訳です。

服が濡れると基本的に白は透過して黒は変わりません。 だから白か黒なら濡れてもあまり目立ちませんが、それを混ぜて作った色はよく目立ってしまいます。 灰色は白と黒が混じり合った繊維ですが、濡れると目立つのは白い繊維が透過して黒い繊維が目立つようになった結果です。

濡れた部分が最も目立つのは灰色ですが、他にも明るい色の服は濡れると目立ってしまいます。 暑い日の汗染みが気になる場合は、白か暗めの色の服を着た方がいいかもしれませんね。

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