Absorción
La absorción es la captación de la energía de una onda por un material, convirtiendo la luz o el sonido en otras formas, usualmente energía térmica.
Definition
La absorción es cuando un material capta luz o sonido en vez de rebotarlos o dejarlos pasar, y la energía usualmente se convierte en calor, y los colores que se ven son los que no se absorben: una hoja verde absorbe la luz roja y azul y devuelve el verde al ojo. Es el proceso por el cual un material convierte la energía de una onda en otra forma, con mayor frecuencia energía térmica, con las superficies oscuras y rugosas absorbiendo más luz, y un objeto que absorbe toda la luz visible se ve negro; las cortinas gruesas y la espuma absorben el sonido de la misma manera. La absorción ocurre cuando la energía de un fotón (o de un fonón, para el sonido) se transfiere al medio, excitando electrones, vibraciones moleculares o modos de la red, con la intensidad decayendo exponencialmente con la profundidad según la ley de Beer-Lambert, $I = I_0 e^{-\alpha x}$, donde el coeficiente de absorción $\alpha$ depende de la longitud de onda porque los materiales absorben fuertemente solo donde la energía del fotón coincide con sus transiciones internas; la ley de Kirchhoff establece que la emisividad es igual a la absortividad en cada longitud de onda, así que un absorbedor perfecto (un cuerpo negro, $\epsilon = 1$) también es el emisor térmico ideal, y los espectros de absorción revelan composición desde atmósferas estelares hasta niveles de oxígeno en la sangre.
Example
Una camiseta negra se calienta al sol porque absorbe casi toda la luz que le llega, mientras que una camiseta blanca se mantiene más fresca reflejando la mayor parte; en un día despejado que entrega unos $1{,}000\ \text{W/m}^2$, el techo negro de un auto que absorbe $90\%$ recibe $900\ \text{W}$ por metro cuadrado frente a $200\ \text{W}$ de un techo blanco que absorbe $20\%$, por eso el techo negro puede sentirse $20$ grados más caliente. El agua clara del océano tiene $\alpha \approx 0.02\ \text{m}^{-1}$ para la luz azul pero unos $0.4\ \text{m}^{-1}$ para el rojo, así que a $10\ \text{m}$ de profundidad el azul conserva $e^{-0.2} \approx 82\%$ de su intensidad en la superficie mientras que el rojo conserva solo $e^{-4} \approx 1.8\%$, por eso las escenas submarinas se ven azules y un pez rojo se ve gris a profundidad.
Key Insight
Los buenos absorbedores de radiación también son buenos emisores, por eso una olla negra se enfría más rápido que una brillante una vez que sale de la estufa. Los gases de efecto invernadero funcionan por absorción selectiva: el dióxido de carbono es transparente a la luz solar visible entrante pero absorbe fuertemente en la banda infrarroja de $15\ \mu\text{m}$ que la Tierra irradia, atrapando el calor saliente mientras deja pasar la luz entrante.