Физика цвета
В 1676 году сэр Исаак Ньютон с помощью трехгранной призмы разложил белый солнечный свет на цветовой спектр. Подобный спектр содержал все цвета за исключением пурпурного.
Ньютон ставил свой опыт следующим образом (рис. 1) солнечный свет пропускался через узкую щель и падал на призму. В призме луч белого цвета расслаивался на отдельные спектральные цвета. Разложенный таким образом он направлялся затем на экран, где возникало изображение спектра. Непрерывная цветная лента начиналась с красного цвета и через оранжевый, желтый, зеленый, синий кончалась фиолетовым. Если это изображение затем пропускалось через собирающую линзу, то соединение всех цветов вновь давало белый цвет.
Эти цвета получаются из солнечного луча с помощью преломления. Существуют и другие физические пути образования цвета, например, связанные с процессами интерференции, дифракции, поляризации и флуоресценции.
Если мы разделим спектр на две части, например — на красно-оранжево-желтую и зелено-сине-фиолетовую, и соберем каждую из этих групп специальной линзой, то в результате получим два смешанных цвета, смесь которых в свою очередь также даст нам белый цвет.
Два цвета, объединение которых дает белый цвет, называются дополнительными цветами.
Если мы удалим из спектра один цвет, например, зеленый, и посредством линзы соберем оставшиеся цвета — красный, оранжевый, желтый, синий и фиолетовый, — то полученный нами смешанный цвет окажется красным, то есть цветом дополнительным по отношению к удаленному нами зеленому. Если мы удалим желтый цвет, то оставшиеся цвета — красный, оранжевый, зеленый, синий и фиолетовый — дадут нам фиолетовый цвет, то есть цвет, дополнительный к желтому.
Каждый цвет является дополнительным по отношению к смеси всех остальных цветов спектра.
В смешанном цвете мы не можем увидеть отдельные его составляющие. В этом отношении глаз отличается от музыкального уха, которое может выделить любой из звуков аккорда.
Различные цвета создаются световыми волнами, которые представляют собой определенный род электромагнитной энергии.
Человеческий глаз может воспринимать свет только при длине волн от 400 до 700 миллимикрон:
- 1 микрон или 1μ = 1/1000 мм = 1/1000000 м.
- 1 миллимикрон или 1mμ = 1/1000000 мм.
Длина волн, соответствующая отдельным цветам спектра, и соответствующие частоты (число колебаний в секунду) для каждого спектрального цвета имеют следующие характеристики:
| Цвет | Длина волны в н/м |
Частота колебаний в секунду |
|---|---|---|
| Красный | 800-650 mμ | 400-470 млрд. |
| Оранжевый | 640-590 mμ | 470-520 млрд. |
| Жёлтый | 580-550 mμ | 520-590 млрд. |
| Зелёный | 530-490 mμ | 590-650 млрд. |
| Голубой | 480-460 mμ | 650-700 млрд. |
| Синий | 450-440 mμ | 700-760 млрд. |
| Фиолетовый | 430-390 mμ | 760-800 млрд. |
Отношение частот красного и фиолетового цвета приблизительно равно 1:2, то есть такое же как в музыкальной октаве.
Каждый цвет спектра характеризуется своей длиной волны, то есть он может быть совершенно точно задан длиной волны или частотой колебаний. Световые волны сами по себе не имеют цвета. Цвет возникает лишь при восприятии этих волн человеческим глазом и мозгом. Каким образом он распознает эти волны до настоящего времени еще полностью неизвестно. Мы только знаем, что различные цвета возникают в результате количественных различий светочувствительности.
Остается исследовать важный вопрос о корпусном цвете предметов. Если мы, например, поставим фильтр, пропускающий красный цвет, и фильтр, пропускающий зеленый, перед дуговой лампой, то оба фильтра вместе дадут черный цвет или темноту. Красный цвет поглощает все лучи спектра, кроме лучей в том интервале, который отвечает красному цвету, а зеленый фильтр задерживает все цвета, кроме зеленого. Таким образом, не пропускается ни один луч, и мы получаем темноту. Поглощаемые в физическом эксперименте цвета называются также вычитаемыми.
Цвет предметов возникает, главным образом, в процессе поглощения волн. Красный сосуд выглядит красным потому, что он поглощает все остальные цвета светового луча и отражает только красный.
Когда мы говорим: «эта чашка красная», то мы на самом деле имеем в виду, что молекулярный состав поверхности чашки таков, что он поглощает все световые лучи, кроме красных. Чашка сама по себе не имеет никакого цвета, цвет создается при ее освещении.
Если красная бумага (поверхность, поглощающая все лучи кроме красного) освещается зеленым светом, то бумага покажется нам черной, потому что зеленый цвет не содержит лучей, отвечающих красному цвету, которые могли быть отражены нашей бумагой.
Все живописные краски являются пигментными или вещественными. Это впитывающие (поглощающие) краски, и при их смешивании следует руководствоваться правилами вычитания. Когда дополнительные краски или комбинации, содержащие три основных цвета — желтый, красный и синий, — смешиваются в определенной пропорции, то результатом будет черный, в то время как аналогичная смесь невещественных цветов, полученных в ньютоновском эксперименте с призмой, дает в результате белый цвет, поскольку здесь объединение цветов базируется на принципе сложения, а не вычитания.
Физика цвета
Что такое цвет с точки зрения физики? Вопрос не такой уж простой, как кажется на первый взгляд. Цвет есть физическое свойство света. С точки зрения физики разные цвета предметов не существуют сами по себе.
Физика рассматривает цвет как электромагнитную волну. Любая волна имеет длину – расстояние между гребнями. Длина волны обратно пропорциональна ее частоте. Та длина волны, которую способен воспринимать человеческий глаз является видимым светом. Свет с большой длиной волны(низкочастотные волны) наш глаз воспринимает как красный, а свет с наименьшей длиной(высокочастотные волны) — как фиолетовый. Да, звучит немного заумно, но из этого следует, что цвета которые мы воспринимаем различаются в зависимости от длины волны(частоты) видимого света. Каждому цвету спектра соответствует свой диапазон частот.
Почему мы видим цвет так?
Природа подарила человеку радость цветового восприятия: мы видим всё окружающее в многообразии цветов и оттенков и даже не задумываемся о том, что может быть иначе. Основная причина того, что мы видим цвет именно таким, заключается в воздействии света с определенной длиной волн на сетчатку глаза. Свет с самой большой длиной волны называется инфракрасным, а свет с максимально короткой длиной волны – ультрафиолетовым. Но, человеческому глазу не доступен ни инфракрасный, ни ультрафиолетовый свет, при этом мы воспринимаем большой диапазон волн других цветов.
Например, при падении на предмет белого светового луча большинство из составляющих его световых волн поглощается поверхностью, и лишь некоторая часть, находящаяся в определённом диапазоне, отражается. Световые волны этого диапазона мы и воспринимаем как цвет, присущий предмету. Фактически цвет у предметов появляется только при попадании на них света. К примеру, достаточно посмотреть на банан – этот фрукт поглощает весь свет кроме желтого, который собственно вы обычно и видите.
Анатомия человека
Особенности восприятия наших зрительных органов и преобразования зрительных импульсов мозгом позволяет человеку увидеть яркую цветную картинку. Свет воспринимается в слое клеток, который покрывает заднюю поверхность глазного яблока и называется сетчаткой. Имеются три типа воспринимающих свет клеток — колбочек, которые реагируют примерно на красный, зеленый и синий свет. Каждая колбочка отправляет в мозг сигнал — и вы видите какой-то цвет. Остальные цвета получаются путем совместной передачи сигналов от нескольких типов колбочек и их смешивания нашим мозгом. Например: красный + зеленый = желтый
Когда света недостаточно, в сетчатке активизируется клетки-палочки. Так как их существует только одна разновидность, то только один тип сигнала может поступить в мозг: есть свет или нет. Глаз не может выделить в отражаемых волнах цветовые диапазоны и все предметы кажутся серыми либо чёрными. Вспомним народную поговорку: «Ночью все кошки серы».
Невидимые цвета
Человеческий глаз способен воспринимать как длинные, так и короткие волны, но, с обеих сторон диапазона существуют излучения, свет от которых мы попросту не можем увидеть. Более короткие чем ультрафиолетовые и более длинные чем инфракрасные волны мы попросту не замечаем. Дальтоники, из-за различного рода отклонений в восприятии света, не способны воспринимать даже видимую часть светового спектра.
Существуют так же цвета, которые человек не может увидеть из-за особенности функционирования нашего мозга. Человеку трудно увидеть красный с зеленым оттенком и желтый с синим оттенком. Почему так происходит можно узнать из статьиНевозможные цвета.
И кстати, по мнению ученых, мир выглядит либо абсолютно черным, либо полностью белым, то есть без цветового восприятия наша жизнь была бы крайне мрачной и скорее походила бы на декорации какого-то фантастического фильма.
«Ненастоящие» цвета: что не так с черным и белым
В Сети часто можно встретить утверждение, что, согласно науке, таких цветов, как «черный» и «белый» в природе не существует вовсе. Так что же это, банальная ошибка? Давайте разбираться.
Василий Макаров
Getty images
Выражаясь научным языком, цвет — это просто диапазон видимого света, который может различать человек. Различные цвета, такие как красный и оранжевый, и другие невидимые спектры, такие как инфракрасный свет, перемещаются в волнах электромагнитной энергии. Человеческий глаз способен видеть только свет с длиной волны от 380 до 750 нанометров. Например, видимый спектр начинается с длин волн, которые мы называем фиолетовыми, между 380 и 450 нм, затем переходит к синему, зеленому, желтому и оранжевому и заканчивается тем, что мы называем красными, между 590 и 750 нм. Кстати, когда вы смотрите на чью-то красную рубашку, эта рубашка будет поглощать или рассеивать свет с длиной волны менее 590 нм, поэтому эти волны не достигнут ваших глаз. Но красная рубашка будет отражать некоторую длину волны между 590 и 750 нм, что и определяет ее цвет.
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
Проблема этого научного подхода в том, что если представить все цвета мира как огромную коробку с мелками, то некоторых мы в ней недосчитаемся. Черному и белому, а также таким цветам, как розовый, в теории нет места в видимом спектре света — ведь он распространяется лишь от фиолетового до красного. Значит ли это, что черный и белый не являются «настоящими» цветами?
Это зависит от того, как вы определяете само понятие «цвета». Если цвет — это исключительно то, как его описывает физика, видимый спектр световых волн, то черный и белый — это изгои и не считаются настоящими физическими цветами. Такие цвета, как белый и розовый, отсутствуют в спектре, потому что они являются результатом смешения длин волн света нашими глазами. Белый — это то, что мы видим, когда все длины волн света отражаются от объекта, а розовый — это смесь красных и фиолетовых длин волн. С другой стороны, черный цвет — это то, что наши глаза видят в пространстве, которое свет практически не отражает. Вот почему, если вы входите в комнату с выключенным светом, все становится темным и черным. Однако если вы включите в определение цвета все способы, которыми человеческий глаз воспринимает свет и его отсутствие, тогда черный и белый цвета, а также розовый цвет займут свое место в коробке с мелками.
Белый цвет
Бе́лый цвет — так называемый ахроматический цвет, наряду с чёрным и оттенками серого. Дневной солнечный свет, а также свет от источника, испускающего равномерное для всех длин волн видимого спектра электромагнитное излучение, вызывает при попадании на сетчатку здорового глаза человека ощущение белого цвета.
- Благодаря явлению метамерии, ощущение белого цвета может быть вызвано также путём смешивания; например, с помощью целого ряда наборов цветов (или же смешиванием света от нескольких источников).
Эталоны белого цвета
В зависимости от цветовой адаптации человеческого глаза, ощущение белого цвета может возникать при наблюдении спектрально различных излучений.
Белые пигменты
Белыми мы называем пигменты, в максимальной степени отражающие свет всех видимых длин волн в электромагнитном спектре источника света. Важно, чтобы отражение было диффузным, а не зеркальным.
Белый свет
Человеческий глаз имеет естественную способность цветокоррекции за счёт адаптации. Считается, что белый свет — это свет от дневного неба и солнца, имеющий цветовую температуру около 6500К.
Получение белого цвета с помощью разных источников
Аддитивный синтез цвета, в связи с особенностью устройства человеческого зрения, позволяет получать белый цвет смешением красного, зелёного и синего спектральных цветов, что применяется, например, в кинескопах.
Для случая субтрактивного синтеза цвета, белый является начальным цветом, «фоном». Например, цветом бумаги при печати на принтере.
Добавлять голубого, пурпурного или жёлтого дополнительных цветов не требуется. Человек видит поверхность белой, если она полностью отражает (то есть поглощает и тут же испускает с той же интенсивностью) падающий на неё поток света, состоящего равномерно из излучения всех длин волн видимого спектра. Если тело частично поглощает видимый свет всех длин волн (излучает с меньшей интенсивностью, чем у падающего излучения), поверхность такого тела вызовет ощущение серого цвета.
Белый цвет имеет наивысшую яркость, оттенок — 0.
Белый цвет, полностью аналогичный по спектру солнечному цвету, невозможно получить, смешивая различные другие основные цвета и оттенки.
Баланс белого цвета
Основная статья: Баланс белого цвета
Психология восприятия белого цвета
Белый цвет обладает особенностью зрительно увеличивать пространство.