Свет и цвет в природе. Свет и цвет: основы основ. Преломление света и дисперсия

Котов Павел, ученик 11 А класса МБОУ "СОШ №11" ИМРСК

Статья - сообщение представляет описание интересных природных явлений, связанных с преломлением света
, которая была подготовлена к уроку.

Скачать:

Предварительный просмотр:

СВЕТ И ЦВЕТ В ПРИРОДЕ

Публикация:

Работа ученика 11 – А класса

МБОУ «СОШ № 11»

Котова Павла

Сообщение к уроку, презентация, видеонарезка по теме

Вступление

По предложенной учителем теме я нашёл столько интересного для меня, столько неожиданного, например, о «брокенском призраке» о котором раньше никогда не слышал даже, что решил обо всём, без переизложений, рассказать на уроке своим одноклассникам. Презентация не отражает красоты явлений, поразившие меня и которые объясняются понятными законами физики, поэтому я подобрал к моему сообщению несколько интересных видеофрагментов.

• http://www.youtube.com/watch?v=ZsyZFbsiKG0 Загадочное природное явление – Гало
• http://www.youtube.com/watch?v=YqAw8CTJkbI Гало - РАДУГА вокруг СОЛНЦА! США, Орландо
• http://www.youtube.com/watch?v=TRuXgvU0_Vs Природное явление – Гало
• http://www.youtube.com/watch?v=t-U4bnphTqw Необычное явление в небе над Новокузнецком
• http://www.youtube.com/watch?v=FkNWSjPR_fs Природное явление - Проекция креста на небе
• http://www.youtube.com/watch?v=Dv-jjjbwNZI Гло́рия оптическое явление в облаках.
• http://www.youtube.com/watch?v=Ix5nydC0maY Фактомания 41-й выпуск - Утренняя
• глория
• http://www.youtube.com/watch?v=LmxX0a6iZYQ Брокенский призрак на Ат-Баше

• http://www.youtube.com/watch?v=xrypsgJSOS4&index=3&list=PLEC-4i2P-XFrnbMYN4ez87ZvaJ6yIxQG2 Brocken Spectre on Sgorr Dhonuill
• http://www.youtube.com/watch?v=0I83USDoX6I Супер-радуга над Калугой.
• http://www.youtube.com/watch?v=J_PqmnJgBcQ вертикальная радуга у Кайласа
• http://www.youtube.com/watch?v=fn9ynUatjss Тройная радуга все-таки существует

Такое зрелище не оставило никого равнодушным! Я думаю, что не только я, но и другие поклялись себе, что увидят эти природные явления и я стану тем счастливым человеком, который всё это увидит своими глазами! Для кого – то пройдёт вся жизнь, а они ничего подобного не увидят своими глазами, не подозревая о том прекрасном, удивительном мире, в котором живёт

А теперь немного теории, которую я счёл необходимым предоставить своим одноклассникам. Я сохранил в тексте все ссылки из первоисточника.

Теоретический минимум

Возможность разложения света была впервые обнаружена Исааком Ньютоном. Узкий луч света, пропущенный им через стеклянную призму, преломился и образовал на стене разноцветную полоску - спектр.

По цветовым признакам спектр можно разделить на две части. В одну часть входят красные, оранжевые, желтые и желто-зеленые цвета, в другую - зеленые, голубые, синие и фиолетовые.

Длина волн лучей видимого спектра различна - от 380 до 760 ммк . За пределами видимой части спектра располагается невидимая его часть. Участки спектра с длиной волны более 780 ммк называются инфракрасными, или тепловыми. Они легко обнаруживаются термометром, установленным на этом участке спектра. Участки спектра с длиной волны менее 380 ммк называются ультрафиолетовыми

Рис. 1. Спектральное разложение цветового луча

Световые лучи, исходящие от разных источников света, имеют неодинаковый спектральный состав и поэтому значительно отличаются по цвету. Свет обычной электрической лампочки желтее солнечного света, а свет стеариновой или парафиновой свечи или керосиновой лампы желтее света электрической лампочки. Объясняется это тем, что в спектре луча дневного света преобладают волны, соответствующие синему цвету, а в спектре луча от электрической лампочки с вольфрамовой и особенно с угольной нитью - красные и оранжевые цветовые волны. Поэтому один и тот же предмет может принимать различную окраску в зависимости от того, каким источником света он освещен.

Вследствие этого тела принимают при естественном и искусственном освещении различные цветовые оттенки.

Цвет каждого предмета зависит от его физических свойств, то есть способности отражать, поглощать или пропускать лучи света. Поэтому лучи света, падающие на поверхность, делятся на отраженные, поглощенные и пропущенные.

Тела, почти полностью отражающие или поглощающие лучи света, воспринимаются как непрозрачные.

Тела, пропускающие значительное количество света, воспринимаются как прозрачные (стекло).

Если поверхность или тело отражают или пропускают в одинаковой степени все лучи видимой части спектра, то такое отражение или проникание светового потока называется неизбирательным.

Так, предмет кажется черным, если он поглощает в равной степени почти все лучи спектра, и белым, если он их полностью отражает.

Если смотреть на предметы через бесцветное стекло, мы увидим их настоящий цвет. Следовательно, бесцветное стекло почти полностью пропускает все цветовые лучи спектра, кроме незначительного количества отраженного и поглощенного света, также состоящего из всех цветовых лучей спектра.

Если взять синий фильтр, то все предметы за стеклом покажутся синими, так как синее стекло пропускает в основном синие лучи спектра, а лучи остальных цветов почти полностью поглощает.

Цвет непрозрачного предмета также зависит от отражения и поглощения им волн различного спектрального состава. Так, предмет кажется синим, если он отражает только синие лучи, а все остальные поглощает. Если предмет отражает красные и поглощает все остальные лучи спектра, он кажется красным.

В природе не существует материала, отражающего или поглощающего 100% падающего на него света, поэтому нет ни идеально белого, ни идеально черного цвета. Самый белый цвет имеет порошок химически чистого сернокислого бария, спрессованный в плитку, который отражает 94% падающего на него света. Цинковые белила несколько темнее сернокислого бария, еще темнее свинцовые белила, гипс, литопонные белила, писчая бумага высшего сорта, мел и т. д. Наиболее темной является поверхность черного бархата, отражающая около 0,2% света.

Смешение цветов. Восприятие цветов, которые мы видим вокруг себя, вызывается действием на глаз сложного цветового потока, состоящего из световых волн различной длины. Но мы не получаем впечатления пестроты и многоцветности, так как глаз обладает свойством смешивать разнообразные цвета. Близко расположенные друг к другу цвета, рассматриваемые с большого расстояния, как бы сливаются в один суммарный цвет на сетчатке нашего глаза. Этот вид смешения цветов называется слагательным, или аддитивным.

Рис. 2. Цветовой круг взаимнодополнительных цветов: 1 - большой интервал, 2 - средний интервал, 3 - малый интервал

В этом круге взаимнодополнительный цвет к красному- голубовато-зеленый, к оранжевому - голубой, к желтому - синий, к желто-зеленому - фиолетовый. В любой паре взаимнодополнительных цветов один всегда принадлежит к группе теплых, другой - к группе холодных тонов.

При механическом смешении красок получается не оптическое сложение цветных лучей на сетчатке глаза, а вычитание из белого луча, освещающего нашу цветную смесь, тех лучей, которые поглощаются цветными частицами красок. Так, например, при освещении белым лучом света предмета, окрашенного цветной смесью пигментов синего и желтого цвета, синие частицы берлинской лазури поглотят красные, оранжевые и желтые лучи, а желтые частицы кадмия - фиолетовые, синие и голубые лучи. Непоглощенными останутся зеленые и близкие к ним голубовато-зеленые и желто-зеленые лучи, которые, отразившись от предмета, и будут восприняты сетчаткой нашего глаза.

Примером вычитательного смешения цветов может служить луч света, пропущенный через три стекла - желтого, голубого и пурпурного цветов, которые поставлены одно за другим и направлены на белый экран. В местах перекрытия двух стекол - пурпурного и желтого - получится красное пятно, желтого и голубого - зеленое, голубого и пурпурного - синее. В местах одновременного перекрытия трех цветов появится черное пятно.

Гало обычно появляется вокруг Солнца или Луны , иногда вокруг других мощных , таких как уличные огни. Существует множество типов гало и вызваны они преимущественно ледяными кристаллами в перистых облаках на высоте 5-10 км в верхних слоях тропосферы . Вид гало зависит от формы и расположения кристаллов. Отражённый и преломлённый ледяными кристаллами свет нередко разлагается в спектр, что делает гало похожим на радугу .

Солнечное гало в городе Брянск

Гло́рия (лат. gloria - украшение; ореол) - оптическое явление в облаках.

Наблюдается на облаках, расположенных прямо напротив источника света. Наблюдатель должен находиться на горе или в воздухе, а источник света (Солнце или Луна ) - за его спиной.

Представляет собой цветные кольца света на облаке вокруг тени наблюдателя. Внутри находится голубоватое кольцо, снаружи - красноватое, далее кольца могут повторяться с меньшей интенсивностью

Глория объясняется дифракцией света, ранее уже отражённого в капельках облака так, что он возвращается от облака в том же направлении, по которому падал, то есть к наблюдателю.

Эффект «брокенского призрака» с тенью человека, фото на пике Корженевской , Памир

Брокенский призрак появляется, когда Солнце светит из-за альпиниста, смотрящего вниз с хребта или пика в туман. Тень альпиниста идёт сквозь туман, часто принимая причудливые угловатые очертания, вызванные перспективой. Кажущееся увеличение размеров тени - оптическая иллюзия , объясняемая тем, что наблюдатель соизмеряет свою тень, лежащую на относительно близких облаках, с далекими объектами поверхности, видимой сквозь просветы в облаках; или когда невозможно сориентироваться в тумане и соизмерить размеры. Кроме того, тени попадают на капли воды, находящиеся на различных расстояниях от глаза, что нарушает восприятие глубины .

Брокенский призрак зачастую окружен светящимся кольцами разного цвета - глорией . Они появляются прямо напротив Солнца, когда солнечный свет отражается от облаков, состоящих из капель воды одинакового размера. Эффект обусловлен дифракцией света .

Радуга возникает из-за того, что солнечный свет преломляется и отражается капельками воды (дождя или тумана ), парящими в атмосфере . Эти капельки по-разному отклоняют свет разных цветов (показатель преломления воды для более длинноволнового (красного) света меньше, чем для коротковолнового (фиолетового), поэтому слабее всего отклоняется красный свет - на 137°30’, а сильнее всего фиолетовый - на 139°20’). В результате белый свет разлагается в спектр (происходит

живым организмом.

Цветовое восприятие это реакция организма на световой раздражитель.

Видимые и ощущаемые человеком световые лучи составляют лишь небольшую октаву, в пределах от 400 до 700 нанометров (или миллимикрон) в сфере колебаний электромагнитных волн в число которых последовательно входят: космические лучи, радиоактивные лучи, рентгеновские лучи, ультрафиолетовые лучи, световые лучи (видимый свет), инфракрасные лучи, радиоволны ультракороткие, короткие, средние и длинные.

В видимый спектр лучей входят растяжки цветов от фиолетового до красного через синий, зелёный, жёлтый и оранжевый.

В природе существуют естественные ряды развития цветов от белого (росток) через видимый цветовой спектр к чёрному (гниль). Природа сама ставит цвета в определённый ряд.

Атмосфера Земли обволакивает нас и создаёт удивительную среду являющуюся носительницей цвета.

Человеческий организм являясь частью природы чутко реагирует на свет и цвет и обладает индивидуальной, присущей только ему шкалой восприятия цвета.

Цветовые лучи минуя зрение действуют на нервную систему человека, красный цвет усиливает кровообращение, а синий цвет останавливает воспалительные процессы.

Человеческий глаз является уникальной оптической системой, дающей нам возможность различать размеры, форму, фактуру, блеск, прозрачность, мерцание и цвета объектов.

Природа света такова, что все тёмные тона находятся внизу, а светлые вверху, что является следствием гравитации.

При нормальном освещении наши глаза видят посредством "колбочек", а при слабом освещении посредством "палочек". Палочки дают нам впечатление света, а колбочки цветности.

В животном мире наличие колбочек и палочек распределено по разному. К примеру, у кур в наличии имеются только колбочки и они спят вместе с заходом солнца, а у сов, наоборот, в наличии только палочки и они не видят в дневное время.

В человеческом глазу в центре сетчатки, в районе центральной ямки, расположены только колбочки. Плотность их очень высока. На площади в 1мм2 располагается 50000 колбочек. Именно этот центр в основном отвечает за измерение цветности в нашем глазу.

При сумеречном зрении в работе глаза участвуют как колбочки, так и палочки, благодаря этому идёт резкое смещение восприятия цветности и дать точную характеристику цвета невозможно.

В живой природе цвет и свет являются продуктом жизнедеятельности организма в процессе его функционирования.

Свечение организмов (биолюминисценция) имеет определённую цель: у медуз это реакция на механическое раздражение, у донных червей-"полихет" это сигнал в период размножения, кальмары и креветки выбрасывают светящуюся слизь, используя её как световую завесу.

Помимо желез с фотогенными, рождающими свет клетками, у глубоковод- ных животных имеются специальные светящиеся органы - "фотофоры". Иногда фотофоры снабжены светофильтрами и животное светится радужно.

В живых организмах почти вся биохимическая энергия при окислении превращается в свет, тогда как в обычной лампе накаливания 70% энергии уходит на образование тепла, поэтому создание искусственного живого све- та, одно из перспективных направлений бионики.

Под влиянием солнечной энергии в листьях растений происходит процесс фотосинтеза т.е. процесс образования органических веществ (сахара и углеводов) из неорганических (воды, углекислого газа и минеральных солей) получаемых из внешней среды.

Для лучшего улавливания растениями дневного света в природе созданы различные схемы расположения листьев. Это очерёдное, мутовчатое, моза- ичное, спиралевидное и т. д.

Природа наделила многих животных способностью к камуфляжу - измене- нию своей внешней окраски. Это позволяет животным наилучшим образом приспосабливаться в борьбе за выживание.

Изменение окраски у животных - это сложный биологический процесс, про- исходящий под влиянием внешних раздражителей, главным образом через зрение. Под кожей животного расположены особые эластичные клетки "хроматофоры", заполненные красящим веществом. По сигналу животного одни хроматофоры растягиваются, а другие сжимаются, в результате чего происходит изменение цветности кожного покрова.

Под хроматофорами лежат другие клетки - "иридоцисты", заполненные рядом зеркал и системой призм, преломляющие и разлагающие свет, благодаря чему кожа животных приобретает особый металлический блеск.

В дизайн-проектировании общеприняты цвета, обеспечивающие безопас- ность и упорядоченность в символике цвета.

Жёлтый цвет - предупреждающий, обозначает "внимание".

Оранжевый цвет - обозначает внимание, "опасность".

Красный цвет - противопожарный, "запрещающий".

Зелёный цвет - разрешающий, "свободно".

Синий цвет - предписывающий, разъясняющий.

Белый цвет - направление движения, "свободно".

По своему психологическому воздействию на человека цвета подразделяют- ся на:

А) Стимулирующие (тёплые цвета), способствующие возбуждению и действующие как раздражители - красный, кармин, киноварь, оранжевый, жёлтый.

Б) Дезинтегрирующие (холодные цвета), приглушающие раздражение - фиолетовый, синий, светло-синий, сине-зелёный.

В) Пастельные (мягкие цвета), приглушающие чистые цвета.

Г) Статичные (уравновешенные цвета), отвлекающие от возбуждающих цветов - зелёный, оливковый, жёлто-зелёный, пурпурный.

Д) Цвета глухих тонов, не вызывающие раздражение и помогающие сосредоточению - на базе серого, белого и чёрного цветов.

Е) Тёплые тёмные цвета, стабилизирующие раздражение и действующие вяло и инертно - охра, коричневые земли, тёмно-коричневый.

Ж) Холодные тёмные цвета, изолирующие и подавляющие раздражение - тёмно-серые, чёрно-синие, тёмно-синие, тёмно-зелёные.

То, что цвет - это электромагнитная волна, воспринимаемая человеческим глазом и видимый участок спектра, И. Ньютон описал в работе «Оптика». Несмотря на то, что задолго до этого английский философ и естествоиспытатель Роджер Бэкон также наблюдал оптический спектр в стакане с водой, первое объяснение видимого излучения дал именно И. Ньютон. Подобные попытки исследования цвета чуть позже были проведены Иоганном Гете в труде «Теория цветов», в XVIII веке, в России, М. В. Ломоносовым.

И. Ньютону удалось разложить белый свет на цвета спектра что явилось первым значительный прорывом в изучении цвета.

Главной предпосылкой ученого к открытию спектра стало стремление усовершенствовать линзы для телескопов: основным недостатком телескопических изображений являлось наличие окрашенных в радужные цвета краев.

В 1666 году он произвел в Кембридже опыт разложения белого цвета призмой: через маленькое круглое отверстие в ставне окна в затемненную комнату проникал луч света, а на его пути оказывалась стеклянная трехгранная призма, пучок света в которой преломлялся . На экране, стоявшем за призмой, появлялась разноцветная полоса, позднее названная спектром. Он определил, что луч белого дневного света составляют лучи разных цветов, а именно: красного, оранжевого, желтого, зеленого, синего (голубого), индиго и глубоко фиолетового.

Ньютон И. Оптика или трактат об отражениях, преломлениях, изгибаниях и цветах света. - М.: Государственное издательство тсхнико- теоретической литературы, 1954.

Он объяснил, что их смешение является главной причиной многообразия цветовых гармоний, богатства красок природы.

Он так же обнаружил, что цветной луч, отражаясь и преломляясь бесконечное множество раз, остается той же окраски, откуда следовало, что цвет - некая устойчивая характеристика. Он также заметил, что при добавлении к цветному лучу белого света происходит его усложнение, в результате чего цвет разрежается и слабнет, пока не исчезнет совсем, с образованием серого или белого. Таким образом, чем сложнее цвет, тем он менее полон и интенсивен.

И. Ньютон установил также, что можно наоборот, смешав семь цветов спектра, вновь получить белый цвет. Для этого он поместил на пути разложенного призмой цветного пучка (спектра) двояковыпуклую линзу, которая снова налагает различные цвета один на другой; сходясь, они образуют на экране белое пятно. Если же поместить перед линзой (на пути цветных лучей) узкую непрозрачную полоску, чтобы задержать какую-либо часть спектра, то пятно на экране станет цветным.

Ученый также определил показатель преломления лучей различного цвета. Для этой цели в экране прорезалось отверстие; перемещая экран, можно было выпустить через отверстие узкий пучок лучей того или иного цвета. Такой выделенный пучок, преломляясь во второй призме, уже не растягивался в полосу: ему соответствует определенный показатель преломления, значение которого зависит от цвета выделенного пучка. Зависимость показателя преломления от цвета получила название «дисперсия цвета» (от лат. dispergo – разбрасываю).

Изучая природу света и цвета, Ньютон пришел к выводу, что постоянные цвета естественных тел происходят по причине того, что некоторые тела отражают одни сорта лучей, другие тела - иные сорта обильнее, чем остальные 1 . Цветные порошки, как заметил Ныотон, подавляют и удерживают в себе весьма значительную часть света, которым они освещаются. И они становятся цветными, отражая наиболее обильно свет их собственной окраски 2 . Ньютон И. Оптика или трактат об сражениях, преломлениях, изгибаниях и цветах света. - М.: Государственное издательство техшко- теоретической литературы, 1954. - 367 с.

Необходимо сказать, что, несмотря на дальнейшие изыскания, данную теорию (корпускулярная теория света) считать неверной нельзя, потому что цвет действительно можно рассматривать как поток фотонов - элементарных безмассовых частиц, двигающихся со скоростью света, и имеющих электрический заряд, равный нулю. Фотону как квантовой частице свойственен корпускулярно-волновой дуализм, то есть проявление одновременно свойств частицы и волны. Назвать И. Ньютона противником волновой теории не представляется возможным: он не отвергал эту идею. Ньютон провел аналогию между цветом и звуком, считая, что оба этих явления имеют подобную природу, чем, вероятно, предвосхитил открытие электромагнитной природы звука и света. «Как звук колокольчика, или музыкальной струны, или других звучащих тел есть не что иное, как колеблющееся движение, и в воздухе от предмет распространяется не что иное, как это движение... в последнем же появляются ощущения этих движений в форме цветов» .

С другой стороны в трактате, представленном в Королевское общество в 1675 году, он пишет, что свет не может быть просто колебаниями эфира, так как тогда он, например, мог бы распространяться по изогнутой трубе, как это делает звук. Но также он предлагает считать, что распространение света возбуждает колебания в эфире, что и порождает дифракцию и другие волновые эффекты.

В XVIII веке в России, М. В. Ломоносов исследуя проблемы цветовых явлений и делает ряд важных открытий, которые не получили широкой известности. Он обнаружил, что свет составляют, как бы три эфира, которые истекают от солнца и светящихся тел подобно реке. Эфиры обладают тремя типами движения, которые он назвал беспрестанным, зыблющимся и коловратным . Эфирные потоки составляют три типа частиц разных размеров. Из них, соляные частицы составляют эфир красного, ртутные - желтого, серные - голубого цвета. Остальные цвета образуются смешением красного, желтого и голубого. Эфирные частицы сцепляются с подходящими частицами на поверхности предметов и заставляют их колебаться с той или иной интенсивностью. Часть движения, таким образом, передастся, а оставшееся движение определяет видимый нами цвет. Если поверхность предмета поглотила коловратное или вращающиеся движение эфирных частиц - глаз видит черный цвет.

Так Ломоносов открыл физико-химическую природу цвета .

Согласно этой теории, температура влияет на интенсивность краски, что он доказал на опыте. Глаз человека воспринимает цвет, благодаря тому, что движение эфирных частиц, не поглощенное предметом, производит соответствующее движение на дне глаза.

По мере развития волновой теории света было уточнено то, что каждому цвету соответствует определенная частота световой волны. Английский ученый Т. Юнг , в 1800 году разработавший волновую теорию интерференции на основе сформулированного им принципа суперпозиции волн . По результатам своих опытов он довольно точно оценил длину волны света в различных цветовых диапазонах.

Согласно принципу интерференции (нелинейное сложение интенсивностей нескольких световых волн) темноту можно получить, сложив свет со светом, то есть взаимно погасить свет. Юнг исследовал различные приложения принципа интерференции и пришел к заключению, что свет должен распространяться волновым движением. Объяснить полосы интерференции с точки зрения истечения оказалось совершенно невозможным. Он вычислил также среднюю длину волны света различных цветов. Томас Юнг предполагал, что цвета соответствуют волнам различной длины, при чем в красных лучах волны самые длинные, в фиолетовых - самые короткие.

С развитием квантовой механики утвердилась идея Луи де Бройля о корпускулярно-волновом дуализме, по которой свет должен обладать одновременно волновыми свойствами, чем объясняется его способность к дифракции и интерференции, и корпускулярными свойствами, чем объясняется его поглощение и излучение.

Для полного понимания сущности цвета обратимся к понятию электромагнитного излучения , то есть к распространяющемуся в пространстве возмущению электромагнитного поля. Электромагнитное излучение принято делить по частотным диапазонам, между которыми нет резких переходов - границы условны. На Рис.2 представлен полный спектр электромагнитного излучения, отградуированный по уменьшению частоты: радиоволны (начиная со сверхдлинных), инфракрасное излучение, видимый свет, ультрафиолетовое, рентгеновское и гамма-излучение.

Рисунок 2 ‑ Полный спектр электромагнитного излучения

В общем спектре электромагнитных излучений видимое излучение составляет очень небольшой процент.

При составлении букета надо обращать внимание не только на набор цветов и декоративных элементов, значение цветка, а и на то, как он будет выглядеть при разном освещении и как цветовая гамма влияет на человека.

И. Ньютон в 1666 году, используя солнечный луч и призму, определил цветовой спектр. Красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий и фиолетовый – это те цвета, которые составляют собой белый свет. Иначе говоря, свет – это видимая человеческим глазом область электромагнитных излучений (электромагнитная энергия). Как мы знаем со школы, излучения исходят от основного источника – Солнца и подразделяются на инфракрасные, ультрафиолетовые и видимые для глаз волны. Последний вид излучений – это и есть тот белый свет, который мы видим.

Цветовой спектр Ньютона

Начиная от древнегреческих ученых, люди пытались найти ответ на вопросы ”что такое свет?”, ”откуда он берется?” и ”как он распространяется?”. В наше время, когда ученые имеют намного больше возможностей, чем Ньютон и другие, наука говорит о двойственности природы света. Проникая через отверстие, он ведет себя как волна, а попадая, например, на металлическую поверхность, ведет себя как частица – фотон – бомбардирует эту поверхность.

Световые волны

Под волной понимают имеющую поступательное движение часть колебания. Они могут по- разному преломляться и вызывать различные цветовые ощущения. Это зависит от их длины.

Поток света, достигнув поверхности тела, делится на три части: отраженную, пропущенную и поглощенную.

Тела могут быть прозрачными и непрозрачными. Только прозрачным телам свойственно отражать, поглощать и пропускать свет через себя. Цвет предмета мы определяем после того, как наш глаз зафиксирует взаимодействие света и предмета, которое зависит от длины волн отраженного света. Белый лист – белый потому, что отражает все цвета, зеленый будет отражать преимущественно зеленые цвета, синий – синие и т.д. если предмет поглощает все цвета, то он воспринимается глазом как черный.

Часть фиолетовых, синих, голубых лучей задерживается и рассеивается воздушной средой. В результате мы видим синее небо и розовый снег на вершинах гор.

Отражение бывает зеркальным (угол отражения луча такой же, как и падения) и диффузионным, при котором луч отражения может быть разным. Поверхности, с которыми контактирует человек, отражают лучи частично зеркально, а частично диффузионно. Блестящие и глянцевые поверхности дают четкое зеркальное отражение цвета, а матовым и шероховатым поверхностям свойственна диффузия. Именно потому глаз видит не так четко отображенный источник света.

Источники света

Естественные

Естественные.Солнце и другие составные Космоса. Но свечение планет, звезд и Луны мы видим искаженными из-за атмосферы.

Искусственные

Искусственные. К ним относятся разного рода лампы, лазеры и др. При освещении предмета обычной лампой накалывания он приобретает теплый желтоватый оттенок (вольфрамовая нить нагревается до желтого цвета). Использование люминесцентных ламп известно холодным свечением (светят преимущественно ультрафиолетом, а видимый спектр составляют фиолетовый, синий и зеленый цвета, а тепловое излучение очень мало). Галогенные лампы состоят тоже из вольфрамовой нити, пары галогенов, которые не находятся в вакууме (в отличие от устаревших лампочек Ильича). Цвета при таком освещении становятся ярче и сочнее, жизнерадостнее.

Лазер

Самым полезным штучным источником света является лазер. В лазерной трубке под воздействием электричества из атомов высвобождаются фотоны. Они вылетают из нее в виде узкого луча света или в какой-нибудь другой форме электромагнитного излучения. Оно зависит от вещества, которое используется для получения фотонов.

Ежедневно человек сталкивается с множеством факторов внешней среды, воздействующих на него. Одним из таких факторов, оказывающих сильное влияние, является цвет. Известно, что цвет может быть виден человеком лишь при свете, в темноте мы не видим никаких цветов. Световые волны воспринимаются человеческим глазом. Мы видим предметы потому, что они отражают свет и потому, что наш глаз способен воспринять эти отраженные лучи. Лучи солнечного или электрического света – световые волны в зрительном аппарате человека преобразуется в ощущение. Это преобразование происходит в три этапа: физический , физиологический , психологический .

Физический – излучение света; физиологический – воздействие цвета на глаз и преобразование его в нервные импульсы, идущие в мозг человека; психологический – восприятие цвета.

Физический этап формирования зрительного восприятия заключается в преобразовании энергии видимого излучения различными средами в энергию измененного потока излучения и изучается физикой.

Видимое излучение называют светом. Свет – видимая часть электромагнитного спектра, это частный случай электромагнитного излучения . Физики шутят, что свет – самое темное место в физике. Свет имеет двойственную природу: при распространении он ведет себя как волна, а при поглощении и излучении – как поток частиц. Итак, свет принадлежит пространству, а цвет – предмету. Цвет – это ощущение, которое возникает в органе зрения человека при воздействии на него света .

В цветоведении принято рассматривать свет как электромагнитное волновое движение. В области видимого излучения каждой длине волны соответствует ощущение какого-либо цвета.

В спектре белого солнечного света различают семь основных цветов: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый. Глаз среднего наблюдателя способен различить в спектре белого света около 120 цветов. Для удобства обозначения цветов принято деление спектра оптического излучения на три зоны:

Длинноволновую – от красного до оранжевого;

Средневолновую – от оранжевого до голубого;

Коротковолновую – от голубого до фиолетового.

Это деление оправдывается качественными различиями между цветами, входящими в различные области спектра. Каждый цвет спектра характеризуется своей длиной волны (таблица 1), т.е. он может быть точно задан длиной волны или частотой колебаний. Самые короткие волны – фиолетовые, самые длинные – красные. Световые волны сами по себе не имеют цвета. Цвет возникает лишь при восприятии этих волн зрительным аппаратом человека.

Глаз способен воспринимать волны длиной от 400 до 700 нанометров (нанометр – одна миллиардная метра, единица измерения длины световых волн).

Таблица 1. Соответствие диапазонов длин волн ощущениям цветов

С двух сторон от видимой части спектра находятся ультрафиолетовые и инфракрасные области, которые не воспринимаются человеческим глазом, но могут улавливаться специальным оборудованием (таблица 2). С помощью инфракрасного излучения работают камеры ночного видения, а ультрафиолетовое излучение хоть и невидимо человеческому глазу, но может нанести зрению значительный вред. Скорость распространения всех видов волн электромагнитных колебаний равна приближенно 300 000 км/с.

Таблица 2. Разновидности электромагнитных излучений

Световые волны попадают на сетчатку глаза, где воспринимаются светочувствительными рецепторами, передающими сигналы в мозг, и уже там складывается ощущение цвета. Это ощущение зависит от длины волн и интенсивности излучения. А все предметы, которые нас окружают, могут или излучать свет (цвет), или отражать или пропускать падающий на них свет частично или полностью.

Например, если трава зеленая, это значит, что из всего диапазона волн она отражает в основном волны зеленой части спектра, а остальные поглощает. Когда мы говорим «эта чашка красная», то мы на самом деле имеем в виду, что она поглощает все световые лучи, кроме красных. Чашка сама по себе не имеет никакого цвета, цвет создается при ее освещении . Таким образом, красная чашка отражает в основном волны красной части спектра. Если мы говорим, что какой-либо объект имеет какой-либо цвет, это значит, что на самом деле этот объект (или его поверхность) имеет свойство отражать волны определенной длины, и отраженный свет воспринимается как цвет предмета. Если предмет полностью задерживает падающий свет, он будет казаться нам черным, а если отражает все падающие лучи – белым. Правда, последнее утверждение будет верным лишь в том случае, если свет будет белым, неокрашенным. Если же свет приобретает какой-либо оттенок, то и отражающая поверхность будет иметь такой же оттенок. Это можно наблюдать на закате солнца, которое окрашивает все вокруг багряными тонами, или в сумеречный зимний вечер, когда снег кажется синим. Эксперимент с использованием окрашенного цвета довольно любопытно описывает И. Иттен в своей книге «Искусство цвета» .

Каким образом зрительный аппарат распознает эти волны, до настоящего времени еще полностью не известно. Мы знаем только то, что различные цвета возникают в результате количественных различий светочувствительности.

В данном контексте логично было бы напомнить еще одно определение цвета. Цвет – это различное число колебаний световых волн данного источника света, воспринимаемых нашим глазом в виде определенных ощущений, которые мы называем цветовыми .

Ощущение цвета создается при условии преобладания в цвете волн определенной длины. Но если интенсивность всех волн одинаковая, то цвет воспринимается как белый или серый. Не излучающий волн предмет воспринимается как черный. В связи с этим все зрительные ощущения цвета разделяются на две группы: хроматические и ахроматические.

Ахроматическими называют белый, черный цвета и все серые цвета . В их спектр входят лучи всех длин волн в равной степени. Если же возникает преобладание какой-то одной длины волны, то такой цвет становится хроматическим. К хроматическим цветам относятся все спектральные и другие природные цвета .

2.2. Основные характеристики цвета

Для однозначности определения (спецификации) цвета часто используется система психофизических характеристик. К ним относятся следующие характеристики:

Цветовой тон,

Светлота;

Насыщенность.

Цветовой тон – качество цвета, позволяющее дать ему название (например, красный, синий и т.д.) . Интересно, что нетренированный глаз при ярком дневном освещении различает до 180 цветовых тонов, а развитый человеческий глаз способен различать около 360 оттенков цвета. Ахроматические цвета не имеют цветового тона.

Светлота – это степень отличия данного цвета от черного . В спектральных цветах самым светлым является желтый цвет, самым темным – фиолетовый. В пределах одного цветового тона степень светлоты зависит от применения белого. Светлота – степень, присущая как хроматическим, так и ахроматическим цветам . Оттенки одного цвета различной светлоты называют монохромными.

Насыщенность – это степень отличия хроматического цвета от равного по светлоте ахроматического. Так, если чистый спектральный цвет, например красный, принять за 100%, то при смешении 70% красного и 30% белого насыщенность полученной смеси будет равна 70%. От насыщенности зависит степень восприятия цвета.

Наиболее насыщены цвета спектра, причем самый насыщенный из них фиолетовый, а менее всего насыщен желтый.

Ахроматические цвета можно назвать цветами нулевой насыщенности.

Натренированный человеческий глаз может различить около 25 оттенков цвета по насыщенности, от 65 оттенков – по светлоте при высокой освещенности и до 20 – при пониженной.

Собственные и несобственные качества цвета. Цвет, тон, светлота, насыщенность называют собственнымикачествами цвета. Собственные качества – это те качества, которые ему объективно присущи.

Несобственные качества цветам объективно не присущи, а возникают вследствие эмоциональной реакции при их восприятии . Мы говорим, что цвета бывают теплые и холодные, легкие и тяжелые, глухие и звонкие, выступающие и отступающие, мягкие и жесткие. Эти характеристики важны для художника, так как посредством их усиливается выразительность и эмоциональный настрой произведения .

Изменение объемности изображения зависит от насыщенности цвета (рис. 1) Активно насыщенные цвета делают изображение более объемным, нежели цвета слабо насыщенные или затемненные. Разбел и затемнение не только снижают активность цвета, но и ослабляют цветовые контрасты между пятнами. Монохромное изображение, так же как и насыщенное, способно активно передать объем, приближенный к ахроматическому варианту .

Рис. 1. Изменение объемности изображения в зависимости от насыщенности цвета:

а – оптимально насыщенные цвета; б – слабонасыщенные (высветленные) цвета; в – ахроматический вариант; г – слабонасыщенные (затемненные) цвета; д – монохромное изображение объекта, рельефность, объем и эмоциональный настрой композиции. При использовании слабонасыщенных цветов (высветленных или затемненных) объем будет чувствоваться меньше, чем при использовании насыщенных.