Цвят и цветни явления - Лексикон на физиката
Лексикон на физиката: Цвят и цветен облик
Цвят и цветни изяви
Роджър Ерб, Касел
1. Обобщение
Темата за „цвета и цветните явления“ засяга множество явления, които са общи за нас. Тази публикация има за цел да опише някои от най-интересните и привличащи вниманието. Първо обаче трябва да бъдат представени някои основи, необходими за разбирането на тези явления.
2 Въведение
Представяне или представление често се нарича ›безцветно‹, ако от наша гледна точка му липсва определено качество. Какво точно определя това качество обаче, не е лесно да се изрази с думи. Следователно тази ситуация не е различна от тази, която възниква, когато искаме да схванем значението на ›цвят‹ за нашето визуално възприятие.
Аспектът на цвета играе роля в много области от нашия живот - във всекидневното възприемане на цветни неща (фиг. 1), в изкуството като инструмент за проектиране, но също така във връзка с тонове или усещания (Синестезия). В тази статия трябва да се разглеждат физическите аспекти на възприемането на цветовете, доколкото те играят роля в нашето ежедневие.
3. Смесване на цветовете
Когато мислите за смесване на цветовете, вие неволно мислите за цветна кутия и за вашите собствени опити да получите нови нюанси: синьо и червено водят до виолетово, синьо и жълто - зелено и т.н. Ще се опитаме да разберем тези явления по един прост начин в края (раздел 5). Полезно е първо да се справим с друг аспект на смесването на цветовете и обработката на цветни стимули в окото и мозъка.
а) спектър
На пръв поглед цветът изглежда физическо свойство, което е неправилно. Цветът е един Сензация, което е свързано с физически величини. Тази физическа област се отнася до външната причина за възприемане на цветовете, а именно спектрално разпределение светлинното излъчване (цветен стимул). Но възприятието включва и обработка в окото и мозъка. Само в този контекст има смисъл да се говори за цвят. От друга страна, ние отнасяме веществата, които се използват за оцветяване като багрила.
Човек осъзнава разнообразието от цветни впечатления, когато гледа дъгата (оптика, атмосфера) или електромагнитния спектър, генериран с помощта на призма. Присвояването на цветово възприятие на физическа величина не е ясно. Ако попитате много хора за цветовото обозначение на определена точка в спектъра, има съответствие и тази точка може да бъде физически присвоена на диапазон от дължини на вълната - същото усещане за цвят обаче може да се задейства и по съвсем различен начин, както ще стане ясно в следващия раздел . Това е различно при слушане, защото връзката между възприеманата височина и честота е ясна.
б) цвят и дължина на вълната
Бялата светлина, като слънчевата светлина, може да се раздели на спектър с призма (фиг. За електродинамиката) и да се гледа на екран (пречупване, дисперсия). Много малка площ от спектъра осигурява едноцветна светлина (спектрални цветове, спектрална лампа). В идеалния случай тази светлина има само една дължина на вълната (или честота) и е предимно едноцветен или по-добре моночестота Наречен. Ако комбинирате спектъра отново, на екрана отново има бяло светлинно петно.
По подобен начин може да се смесва и светлината от два или повече източника на светлина. Светлината, която влиза в окото от екрана, е една смес от добавки: Полученото разпределение на интензитета е сумата от индивидуалните криви на интензитета.
Друг начин за постигане на адитивно смесване на цветовете е да се позволи на светлината да влезе в окото от няколко, разположени наблизо, различни цветни петначастична смес). По този начин в цветната телевизия цветните изображения се възпроизвеждат през мрежа, която вече не се отделя от окото. Пойнтилистите се възползваха от тази възможност, като нанесоха малки цветни точки върху хартията, а многоцветният печат също може да се основава на тази техника. В този случай решетъчните точки са една до друга.
Понякога в началото получавате неочаквани резултати. Сместа от добавки от червено и зелено води до ненаситено жълто и като цяло всички ненаситени цветове могат да се смесват от три компонента. Спектралните цветове, от друга страна, не могат да се смесват от три основни компонента (таблица).
Без да се отчита яркостта, всички цветове могат да бъдат представени в една равнина. С помощта на Стандартна цветна диаграма (Фиг. 3) местоположението на цвета може да се определи, като се използват стандартните пропорции на стойността на цвета (нереализуеми компоненти) х и у маркирани (стандартна валентна система). От това може да се изчисли делът на третия компонент, тъй като сумата трябва да бъде 1. Дразнителите, съответстващи на спектралните цветове, лежат на крива, двете най-външни точки са представени от т.нар. Лилав прав свързани. Всички цветове са в тази област, като бялата или ахроматичната точка са в средата. Резултатът от добавен микс може да се намери на права линия, свързваща оригиналните цветове. Допълнителният цвят към определен цвят може да бъде намерен чрез изчертаване на права линия от този цвят през бялата точка към противоположната страна.
Кога изваждащо смесване на цветовете Това е терминът, използван за описване на процеса, когато светлината преминава през два или повече филтъра (филтри, оптични) един след друг. Поведението на филтъра може да се определи от неговото спектрална крива на предаване което показва кои части от въведената светлина все още присъстват след предаване. Когато два филтъра са поставени един зад друг, на светлината липсват компонентите, които се отстраняват от поне един от двата (таблица).
Дори и с Цветна фотография По принцип светло-тъмните снимки винаги се правят в три различни цвята, които при гледане чрез субтрактивно или адитивно смесване на цветовете водят до цветното изображение (фотография).
4. Цветно зрение
Досега разглеждахме цветните явления повече от страна на светлината. Въпреки това възприятието с окото е от основно значение за цветните явления. Как може да се разбере обработката на цветни стимули в самото око?
а) око и ретина
В окото конусите и пръчките на ретината са отговорни за генерирането на стимулите, когато светлината ги удари. Тези клетки съдържат чувствителни към светлина вещества. При по-нисък интензитет работят само тези пръчка, които са еднакви и не можем да различаваме цветовете. Само при по-висок интензитет са Конуси адресирани и тогава могат да се различават цветовете. В резултат на това трябва да има повече от един вид тенони. Томас Йънг (1773-1829) и Херман фон Хелмхолц (1821-1894) предполагат, че имаме три вида конуси, единият от които реагира предимно на късите вълни (K), един в дългите вълни (L) и един в средния диапазон (M) (Трицветна теория). Може също така да се заключи, че кривите на чувствителност на тези фоторецепторни клетки трябва да се припокриват и формата също може да бъде грубо определена (Фиг. 4).
Това обаче не обяснява защо смес от червено, зелено и синьо изглежда бяла за нас. Също така остава неясно защо сместа от червено и зелено не води до зеленикаво червено, а до жълто. Обяснението е това Теория на противоположния цвят фон Евалд Херинг (1834-1918) полезен. Всички цветови усещания се претеглят с четири психологически основни цветове върнато (четирицветна теория). Четири цвята служат като основни цветове, които се присвояват с абстрактни термини и съответстват на основните усещания: синьо, жълто, зелено и червено (за разлика от голям брой други цветове, името се основава на обект: оранжев, маслинен, розов и др.)
Четирите основни цвята са подредени в противоположни двойки синьо - жълто и зелено - червено (има и противоположната двойка ахроматични цветове Черно и бяло). Това изразява, че човек не възприема жълтеникаво синьо или зеленикаво червено, а по-скоро червеникаво жълто.
Не е лесно да се реши коя от двете теории описва по-добре визуалния процес. Днес се предполага, че теорията на Young-Helmholtz е правилна за първото ниво на цветово възприятие, събитията на ретината, но че по-нататъшната обработка се извършва, както е описано от Херинг. В по-новите теории човек се опитва да схване и двата аспекта заедно.
Откриваме подобна разбивка при предаването на телевизионни изображения: Показването на екрана се извършва с помощта на три цвята, но (опростено) за предаване се използват два цветни канала и един ахроматичен канал.
б) цветна аметропия
Няколко процента от всички хора са с дефекти в цвета. Има три вида конуси, достъпни за здрави хора с определени максимални нива на чувствителност (Трихроизъм). При ненормални Трихромати максимумите се изместват. Най-често това означава, че те не могат да различават червени и зелени предмети, както и нормалните трихромати. За дихромати (Дихромация) един от конусовидните видове е неефективен или относително нечувствителен, монохроматите не могат да различават цветовете (Монохроматизъм). Цветната аметропия може да се подобри с помощта на
Цветните панели са разпознати. (Цветно увреждане)
5. Явления за възприемане на цветовете
Дори когато очите ни изглежда фиксират върху обект в покой, те почти не се движат забележимо, за да не предизвикат преждевременно десенсибилизиране. Когато гледате черно-бял модел, това може да доведе до ефект, подобен на този на диска Benham: Ако погледнете фиг. 6, се появяват деликатни цветови колебания, Фехнерови цветове.
6. Цветност
Въпреки това, някои неща, съставени от прозрачни компоненти - като водна пара (мъгла) - изглеждат бели. Светлината навлиза в множеството прозрачни капчици, отразява се няколко пъти и след това излиза отново. Тъй като светлината не се променя спектрално, цветното впечатление е бяло. Това е причината млякото, захарта, снегът, облаците, хартията и много други неща - включително боята - да изглеждат бели. Мазното петно, от друга страна, замества въздуха в хартията, предотвратява дифузните отражения и я прави прозрачна. Процесите на разсейване обаче могат да зависят и от дължината на вълната, която е напр. води до небесно синьо (оптика, атмосфера).
Телата, които поглъщат независимо от дължината на вълната, изглеждат сиви или черни. Повърхност, която отразява огледално голяма част от падащата светлина, както правят повечето метални повърхности, се появява със (сив) блясък. (Метален вид).
в) оцветители на веществата
Цветовете на повечето вещества са резултат от селективно поглъщане (поради резонанс). Водата например получава леко синьо-зеления си цвят, защото водните молекули поглъщат в червения и инфрачервения диапазон на дължината на вълната. Останалата част е разпръсната и причинява оцветяването. Оцветителите като хлорофил и каротин имат резонанси във видимия диапазон.
Жълт цветен филтър поглъща синя светлина. Червената и зелената части се отразяват и предават. Следователно цветният филтър изглежда жълт, когато се гледа през и когато се гледа отгоре. Синьото мастило изглежда синьо, когато се гледа през него. Поставете малко мастило върху покривката и го оставете да изсъхне, така че да е синьо, когато се гледа, но тъмно червено, когато се отрази. Червеното мастило е зелено, когато се гледа отгоре и червено, когато се гледа. Причината за това е, че много концентрираните багрила се държат по различен начин: те се отразяват в областта, в която абсорбират, т.е.при резонансната честота.
г) пигменти
Боята се състои от твърди частици, които са вградени в свързващо вещество, направено от прозрачна среда. За цветни лакове се оцветяват прозрачни частици (вж. Раздел 6б). Пигментните мастила съдържат непрозрачни, цветни частици, които закриват носителя на цвета (непрозрачен цвят). Тези термини обаче не винаги се използват по ясен начин.
Падащата светлина се отразява върху повърхността на свързващото вещество, носителя, частиците боя и пигментите. Светлината може да се отразява върху няколко частици и също така да се абсорбира селективно по време на предаване в случай на прозрачни частици. Точният резултат (като степента на насищане) следователно зависи в голяма степен от отделните процеси, а оттам и от размера и концентрацията на пигмента.
Цветовете на сапунен мехур (или вертикално затегната сапунена кожа, фиг. 7) и слой масло върху вода също се създават чрез смущения, в този случай върху тънък слой. The Започвам метална повърхност (Темпериращи цветове) след нагряване се причинява от смущения върху тънък оксиден слой. Причината за доста бледите цветове тук е, че светлината с определена дължина на вълната се гаси от интерференция в определени области на слоя, в резултат на което тя се появява в силно ненаситения допълващ цвят.
Можете лесно да създадете смущения в тънък филм сами. За целта вземете две предметни стъкла за микроскоп и ги поставете една върху друга на тъмна повърхност. Погледнете тънкия слой, в случая слой въздух между очилата, в светлината на удължена бяла лампа. Ако натиснете леко върху горното стъкло, моделите на смущения се появяват в меки цветове.
7. Outlook
Темата на тази статия е изключително многостранна - също цветна в преносния смисъл! Поради тази причина не е възможно да се разгледат подробно всички аспекти и за останалите въпроси трябва да се направи позоваване на литературата по-долу. Едната цел беше също така да ви мотивира да правите свои собствени експерименти и наблюдения, защото цветността на нашата среда е добър пример за факта, че попадаме на голям брой интересни физически обекти не само в лабораторията, но и в ежедневието.
Литература:
Фалк, Дейвид С.; Дитер Р. Брил; Дейвид Г. Щъркел: Поглед към светлината, Birkhäuser, Базел, Бостън, Берлин; Спрингър, Берлин, Хайделберг, Ню Йорк, 1990;
Гьоте, Йохан Волфганг от: Към теорията на цветовете;
Пайк, Юджийн: оптика, Addison-Wesley, Bonn [и др.], 1989.
Рихтер, Манфред: Колориметрия. В: Gobrecht, Heinrich (ed.). Бергман-Шефер: Учебник по експериментална физика,
Том III оптика, Валтер де Гройтер, Берлин, Ню Йорк, 1978.
Трейц, Норберт: Цветове, Клет, Щутгарт, 1985.
Цвят и цветен външен вид 1: Блестящите цветове на пауновите пера.
Цвят и цветен външен вид 2: Подреждане на цветовете в триизмерно представяне.
Цвят и цветен външен вид 3: Стандартна цветна диаграма.
Цвят и цветен външен вид 4: Основни криви на усещане на конусите в човешкото око.
Цвят и цветни изяви 5: Едновременен контраст. Четирите сиви кръгови области са обективно еднакви.
Цвят и цветен външен вид 6: Цветовете на Фехнер се създават чрез сканиране на изображението с окото.
Цвят и цветен външен вид 7: Сапунени цветове за смущения в кожата.
Цвят и цветни изяви