Колір і кольорові явища - Лексикон фізики

Лексикон фізики: колір і кольоровий вигляд

Колір і кольорова поява

Роджер Ерб, Кассель

1. Підсумок

Тема «колір і кольорові явища» торкається безлічі загальних для нас явищ. Цей допис має на меті описати деякі найцікавіші та найпривабливіші. Однак спочатку слід навести деякі основи, необхідні для розуміння цих явищ.

2 Вступ

Представлення або виставу часто називають ›безбарвною‹, якщо їй бракує певної якості з нашої точки зору. Однак, що саме визначає цю якість, непросто передати словами. Ця ситуація не схожа на ситуацію, яка виникає, коли ми хочемо зрозуміти значення ›кольору‹ для нашого зорового сприйняття.

Кольоровий аспект відіграє важливу роль у багатьох сферах нашого життя - у повсякденному сприйнятті кольорових речей (рис. 1), в мистецтві як носії дизайну, але також у зв'язку з тонами або відчуттями (Синестезія). У цій статті слід розглянути фізичні аспекти сприйняття кольорів, наскільки вони відіграють певну роль у нашому повсякденному житті.

3. Змішування кольорів

Коли ви думаєте про змішування кольорів, мимоволі думаєте про кольорову рамку та власні спроби отримати нові кольорові тони: синій та червоний - фіолетовий, синій та жовтий - зелений тощо. В кінці ми спробуємо зрозуміти ці явища простим способом (розділ 5). Для цього корисно спочатку розглянути інший аспект змішування кольорів та обробки кольорових подразників ока та мозку.
а) спектр
На перший погляд, колір здається фізичною властивістю, що є неправильним. Колір один Сенсація, яка пов’язана з фізичними величинами. Ця фізична область стосується зовнішньої причини сприйняття кольору, а саме спектральний розподіл світлове випромінювання (кольоровий подразник). Але сприйняття включає також обробку в оці та мозку. Тільки в цьому контексті має сенс говорити про колір. З іншого боку, ми називаємо речовини, які використовуються для фарбування, як барвники.

Про різноманітність кольорових вражень можна усвідомити, дивлячись на веселку (оптику, атмосферу) або електромагнітний спектр, що генерується за допомогою призми. Віднесення сприйняття кольору до фізичної величини незрозуміле. Якщо ви запитаєте багатьох людей про кольорове позначення певної точки в спектрі, існує відповідність, і ця точка може бути фізично віднесена до діапазону довжин хвиль - однакові кольорові відчуття також можуть бути викликані зовсім по-іншому, як це стане зрозумілим у наступному розділі . Це інше при прослуховуванні, оскільки взаємозв'язок між сприйманою висотою і частотою є чітким.
б) колір і довжина хвилі
Біле світло, таке як сонячне світло, можна розбити на спектр за допомогою призми (рис. Про електродинаміку) і переглянути на екрані (заломлення, дисперсія). Дуже мала область спектра забезпечує монохроматичне світло (спектральні кольори, спектральна лампа). В ідеалі, це світло має лише одну довжину хвилі (або частоту) і в основному є однотонні або краще моночастота зателефонував. Якщо ви знову поєднаєте спектр, на екрані знову з'явиться пляма білого світла.

Подібним чином світло двох або більше джерел світла також може змішуватися. Світло, яке потрапляє в око з екрану, одне суміш присадок: Отриманий розподіл інтенсивності - це сума окремих кривих інтенсивності.

Ще однією можливістю досягти адитивного змішування кольорів є пропускання світла в око від декількох, розташованих близько, різнокольорових плям (частинна суміш). Таким чином, на кольоровому телебаченні кольорові зображення відтворюються через сітку, яка вже не відокремлюється оком. Пуантилісти скористались цією можливістю, застосувавши до паперу невеликі кольорові крапки, і багатоколірний друк також може базуватися на цій техніці. У цьому випадку точки сітки знаходяться поруч.

Іноді спочатку ви отримуєте несподівані результати. Суміш добавок червоного та зеленого утворює ненасичений жовтий, і загалом усі ненасичені кольори можна змішувати з трьох компонентів. З іншого боку, спектральні кольори не можна змішувати з трьох основних компонентів (таблиця).

Без урахування яскравості всі кольори можуть бути представлені в одній площині. За допомогою Таблиця стандартних кольорів (Рис. 3) розташування кольору можна визначити, використовуючи стандартні пропорції значення кольору (компоненти, що не реалізуються) х і р з позначкою (стандартна валентна система). З цього можна розрахувати частку третього компонента, оскільки сума повинна бути 1. Стимули, що відповідають спектральним кольорам, лежать на кривій, дві крайні точки представлені так званими. Фіолетовий прямий підключений. Всі кольори знаходяться в цій області, а посередині - біла або ахроматична точка. Результат суміші добавок можна знайти на прямій лінії, яка з'єднує вихідні кольори. Додатковий колір до певного кольору можна знайти, провевши пряму лінію від цього кольору через білу точку до протилежної сторони.

Коли субтрактивне змішування кольорів Цей термін використовується для опису процесу, коли світло проходить через два або більше фільтрів (фільтри, оптичні) один за одним. Поведінка фільтра можна визначити за його спектральна крива пропускання що вказує, які частини введеного світла все ще присутні після пропускання. Коли два фільтри розміщені один за одним, у світлі не вистачає компонентів, які забирає хоча б один із двох (таблиця).

Навіть з Кольорова фотографія В принципі світлі темні фотографії завжди робляться у трьох різних кольорах, що при перегляді за допомогою субтрактивного або адитивного змішування кольорів призводить до кольорового зображення (фотозйомка).

4. Кольорове бачення

Поки що ми розглядали кольорові явища більше зі сторони світла. Однак сприйняття оком є основним для кольорових явищ. Як можна зрозуміти обробку кольорових подразників в самому оці?
а) око та сітківка
В оці колбочки та палички сітківки відповідають за генерування подразників, коли світло потрапляє на них. Ці клітини містять світлочутливі речовини. При низькій інтенсивності працюють лише ті стрижень, які однакові, і ми не можемо розрізнити кольори. Тільки при більшій інтенсивності значення Шишки звертається, і тоді кольори можна розрізнити. Як результат, має бути більше одного типу шипа. Томас Янг (1773-1829) і Герман фон Гельмгольц (1821-1894) припустили, що у нас є три типи конусів, один з яких реагує переважно на короткохвильову (K), одну на довгохвильову (L) і одну в середній діапазон (M) (Триколірна теорія). Далі можна зробити висновок, що криві чутливості цих фоторецепторних клітин повинні перекриватися, і форма також може бути грубо визначена (рис. 4).

Але це не пояснює, чому суміш червоного, зеленого та синього видається нам білою. Також залишається незрозумілим, чому суміш червоного та зеленого не призводить до зеленувато-червоного, а до жовтого. Пояснення полягає в тому Теорія протилежних кольорів фон Евальд Герінг (1834-1918) корисний. Усі кольорові відчуття зважуються вчетверо психологічні основні кольори повернуто (теорія чотирьох кольорів). Чотири кольори служать основними кольорами, яким присвоюються абстрактні терміни і відповідають основним відчуттям: синій, жовтий, зелений та червоний. (На відміну від цього, для великої кількості інших кольорів назва базується на об'єкті: оранжевий, оливковий, рожевий тощо).

Чотири основні кольори розташовані парами протилежностей синій - жовтий і зелений - червоний (існує також пара протилежностей, ахроматичні кольори Чорний і білий). Це виражає, що людина не сприймає жовтувато-синій або зеленувато-червоний, а скоріше червонувато-жовтий.

Нелегко вирішити, яка з двох теорій краще описує зоровий процес. Сьогодні передбачається, що теорія Юнга-Гельмгольца правильна для першого рівня сприйняття кольору, подій на сітківці, але що подальша обробка відбувається, як описано Герінгом. У новіших теоріях намагаються зрозуміти обидва аспекти разом.

Подібний поділ ми знаходимо і при передачі телевізійних зображень: відображення на екрані здійснюється з використанням трьох кольорів, але (спрощено) для передачі використовуються два кольорові канали та один ахроматичний.
б) кольорова аметропія
Кілька відсотків людей мають дефект кольору. Здоровим людям доступні три типи колбочок з певним максимальним рівнем чутливості (Трихроїзм). При ненормальних Трихромати максимуми зміщуються. Найчастіше це означає, що вони не можуть розрізнити червоні та зелені предмети так само, як звичайні трихромати. Для дихроматів (Дихромація) один із типів конусів неефективний або відносно нечутливий, монохромати не можуть розрізняти кольори (Монохроматизм). Колір аметропії можна покращити за допомогою

Кольорові панелі розпізнані. (Погіршення кольору)

5. Явища сприйняття кольору

Навіть коли наші очі, схоже, фіксуються на предметі, що перебуває в стані спокою, вони майже не помітно рухаються, щоб не викликати передчасну десенсибілізацію. Дивлячись на чорно-білий візерунок, це може призвести до ефекту, подібного до ефекту диска Бенхема: Якщо поглянути на рис. 6, з’являються делікатні кольорові коливання, Фехнерівські кольори.

6. Кольоровість

Однак деякі речі, що складаються з прозорих компонентів - наприклад, водяна пара (туман) - здаються білими. Світло потрапляє в безліч прозорих крапель, відбивається кілька разів, а потім знову виходить. Оскільки світло не змінюється спектрально, кольорове враження біле. Ось чому молоко, цукор, сніг, хмари, папір та багато інших речей, включаючи фарбу, здаються білими. З іншого боку, жирова пляма замінює повітря в папері, запобігає дифузним відбиттям і робить його прозорим. Проте процеси розсіювання можуть також залежати від довжини хвилі, яка, наприклад, призводить до блакитного кольору (оптика, атмосфера).

Тіла, які поглинають незалежно від довжини хвилі, виглядають сірими або чорними. Поверхня, яка дзеркально відображає велику частку падаючого світла, як це робить більшість металевих поверхонь, виглядає із (сірим) блиском. (Металевий вигляд).
в) кольори речовин
Кольори більшості речовин є результатом селективного поглинання (внаслідок резонансу). Наприклад, вода отримує світло-синьо-зелений колір, оскільки молекули води поглинають в червоному та інфрачервоному діапазонах довжин хвиль. Частина, що залишилася, розсіяна і викликає забарвлення. Такі барвники, як хлорофіл та каротин, мають резонанс у видимому діапазоні.

Жовтий кольоровий фільтр поглинає синє світло. Червона та зелена частини відображаються і передаються. Тому кольоровий фільтр виглядає жовтим при перегляді та зверху. Блакитна фарба виглядає блакитною, якщо дивитись наскрізь. Покладіть трохи чорнила на обкладинку та дайте йому висохнути, щоб воно було синім при перегляді, а темно-червоним при відбитті. Червоне чорнило зелене, якщо дивитись зверху, і червоне, якщо дивитись. Це пов’язано з тим, що дуже концентровані барвники поводяться по-різному: вони відображаються в області, в якій вони поглинають, тобто на резонансній частоті.
г) пігменти
Фарба складається з твердих частинок, які вкладені в сполучне, виготовлене з прозорого середовища. Для кольорових лаків забарвлюються прозорі частинки (див. Розділ 6b). Пігментні фарби містять непрозорі кольорові частинки, які затемнюють носій кольору (непрозорий колір). Однак ці терміни не завжди використовуються чітко.

Падаюче світло відбивається на поверхні сполучного, носія, частинок фарби та пігментів. Світло може відбиватися на декількох частинках, а також вибірково поглинатися під час пропускання у випадку прозорих частинок. Точний результат (наприклад, ступінь насичення) в значній мірі залежить від окремих процесів, а отже, також від розміру пігменту та концентрації.

Кольори мильної бульбашки (або вертикально затиснутої мильної шкірки, рис. 7) та шару олії на воді також створюються внаслідок перешкод, в даному випадку на тонкому шарі. Стартап металева поверхня (Загартовування кольорів) після нагрівання викликається перешкодами на тонкому оксидному шарі. Причиною досить блідих кольорів тут є те, що світло певної довжини хвилі згасає внаслідок перешкод у певних ділянках шару, в результаті чого воно виступає у сильно ненасиченому доповнюючому кольорі.

Ви можете легко створити тонкоплівкові перешкоди самостійно. Для цього візьміть два предметних стекла мікроскопа і покладіть їх один на одного на темну поверхню. Подивіться на тонкий шар, в даному випадку шар повітря між окулярами, у світлі подовженої білої лампи. Якщо злегка натиснути на верхнє скло, створюються інтерференційні візерунки в м’яких кольорах.

7. Перспектива

Тема цієї статті надзвичайно багатогранна - також колоритна в переносному значенні! З цієї причини не вдалося детально розглянути всі аспекти, а для решти питань необхідно зробити посилання на літературу нижче. Однією з цілей було також спонукати вас робити власні експерименти та спостереження, адже колір нашого середовища є гарним прикладом того, що ми стикаємось з великою кількістю цікавих фізичних об’єктів не тільки в лабораторії, але й у повсякденному житті.

Література:

Фальк, Девід С.; Дітер Р. Брилл; Девід Г. Сторк: Погляд у світло, Біркхейзер, Базель, Бостон, Берлін; Спрінгер, Берлін, Гейдельберг, Нью-Йорк, 1990;
Гете, Йоганн Вольфганг з: До теорії кольорів;
Щука, Євген: оптика, Аддісон-Веслі, Бонн [та ін.], 1989 рік.
Ріхтер, Манфред: Колориметрія. В: Гобрехт, Генріх (ред.). Бергманн-Шефер: Підручник з експериментальної фізики,
Том III оптика, Вальтер де Груйтер, Берлін, Нью-Йорк, 1978.
Трейц, Норберт: Кольори, Клетт, Штутгарт, 1985 рік.

Колір і кольоровий вигляд 1: Мерехтливі кольори пір’я павича.

Колір і кольоровий вигляд 2: Розташування кольорів у тривимірному поданні.

Колір і кольоровий вигляд 3: Таблиця стандартних кольорів.

Колір і кольоровий вигляд 4: Основні криві відчуття шишок в людському оці.

Колір і кольоровий вигляд 5: Одночасний контраст. Чотири сірі кругові області об’єктивно однакові.

Колір і кольоровий вигляд 6: Кольори Фехнера створюються шляхом сканування зображення оком.

Колір і кольоровий вигляд 7: Мильні фарби для шкіри.

Колір і кольорова поява