Світло і колір

Навколишній світ завжди повний найрізноманітніших фарб. Як же виникає це різнокольорове багатство? Чому кожна речовина забарвлена у свій власний колір?

Смарагдова зелень лугів, золотисті квіти кульбаб, яскраве оперення птахів, крила метеликів, малюнки та ілюстрації – все це створюється особливостями взаємодії світла з речовиною і кольоровим зором людини.

Оточуючі нас предмети, будучи освітленими одним і тим же білим сонячним світлом, представляються нашому погляду з різним забарвленням.

Падаючи на освітлюваний предмет, хвиля, зазвичай, розділяється на три частини:

  • одна частина відбивається від поверхні предмета і розсіюється в просторі;
  • інша частина поглинається речовиною;
  • третя проходить крізь нього.

Якщо відбиті та пройдені наскрізь компоненти світла відсутні, тобто речовина поглинає впале на неї випромінювання, то око спостерігача нічого не сприйме, і речовина, яка розглядається, буде виглядати чорною.

При відсутності пройдених наскрізь компонентів тіло буде непрозорим. Ясно, що в цьому випадку забарвлення речовини визначається балансом між поглинанням і відбиттям падаючих на нього променів. Скажімо, синій волошка поглинає червоні і жовті промені, а сині відбиває – цим і обумовлено його колір. Квіти соняшника жовті, а це означає, що з усього діапазону хвиль квіти відбивають, в основному, хвилі жовтої частини спектру, а решту поглинають.

Верхня частина яблука, має червоний колір. Це означає, що вона відбиває хвилі, відповідні довжині хвилі червоної частини спектра. Нижня частина яблука не освітлена, і тому поверхня його здається чорною. А ось яблуко, освітлене світлом з тим же спектральним складом, яке відбиває вже зелену частину спектру, має зелений колір.

Таким чином, спостережуваний нами колір тієї чи іншої речовини визначається довжинами хвиль, які потрапляють до нас в око після взаємодії світла з речовиною. Якщо це переважно сині промені, то і речовина буде здаватися нам синьою, якщо ж жовті – то жовтою. Складається відчуття, що кольори створюються за умови переважання у відбитому світлі хвиль певної довжини.

Але якщо у відбитому світлі присутні всі довжини хвиль видимого діапазону, і інтенсивність усіх хвиль однакова, то колір сприймається як білий.

Таким чином, якщо ми говоримо, що об’єкт має якийсь колір, то це означає, що поверхня цього об’єкта має властивість відбивати хвилі певної довжини, і відбите світло сприймається як колір об’єкта.

Якщо об’єкт повністю поглинає падаюче світло, він буде здаватися нам чорним, а якщо відображає всі падаючі промені – білим.

Правда, останнє твердження буде вірним тільки в тому випадку, якщо падаюче світло буде білим. Якщо ж падаюче світло набуває якийсь відтінок, то і відбиваюча поверхня буде мати такий же відтінок. Це можна спостерігати на заході сонці, яке робить все навколо багряним, або в сутінковий зимовий вечір, коли сніг здається синім

А як зміниться колір речовини, якщо замінити сонячне випромінювання, наприклад, на випромінювання звичайної електричної лампочки?

У спектрі лампи розжарювання, в порівнянні з сонячним спектром, помітно більше частка жовтих і червоних променів. Тому й у відбитому світлі зросте їхня частка в порівнянні з тим, що ми побачимо при сонячному світлі. Значить, освітлювані лампочкою предмети будуть виглядати «жовтіше», ніж при сонячному освітленні. Лист рослини стане вже жовто-зеленим, а синій волошка – синьо-жовтим або навіть зовсім жовтим.

Таким чином, поняття «колір речовини» не є абсолютним, колір залежить від освітлення.

Тому позбавлені змісту повідомлення про здібності деяких людей дізнаватися колір предмета, який поміщений у світлонепроникну кімнату. Поняття кольору в темряві позбавлене всякого сенсу.

Механізм формування кольору підпорядковується цілком конкретним законам, які відкрили порівняно недавно – близько 150 років тому. Дисперсія світла призводить до того, що, коли біле світло проходить через призму, воно розкладається на сім основних спектральних кольорів:

  • червоний;
  • оранжевий;
  • жовтий;
  • зелений;
  • блакитний;
  • синій.

І навпаки, якщо змішати кольори спектру, вийде промінь білого світла. Сім основних спектральних кольорів і складають той досить вузький діапазон електромагнітних хвиль (приблизно від 400 до 700 нанометрів), які здатне вловити наше око, але й цих трьохсот нанометрів виявляється достатньо для того, щоб породити колірне різноманіття навколишнього нас світу.

Світлові хвилі потрапляють на сітківку ока, де сприймаються світлочутливими рецепторами, які передають сигнали в мозок, і вже там складається відчуття кольору. Це відчуття залежить від довжини хвиль і інтенсивності випромінювання.

Довжина хвилі формує відчуття кольору, а інтенсивність – його яскравість.

Кожному кольору відповідає певний діапазон довжини хвиль.

Найважливішим законом створення кольору є закон тривимірності, який свідчить, що будь-який колір можна створити трьома лінійно незалежними кольорами. Найбільш яскраве практичне використання цього закону – кольорове телебачення. Вся площина екрану являє собою крихітні комірки, в кожній з яких є три промені – червоний, зелений і синій. Колір зображення на екрані формується за допомогою цих трьох незалежних кольорів.

Цей принцип синтезу кольору також використовується в сканерах і цифрових фотоапаратах.

Кольори, за допомогою яких відтворюється кольорове зображення, називаються основними кольорами. В якості основних кольорів можуть бути обрані самі різні поєднання з трьох незалежних кольорів.

Однак, відповідно до спектральної чутливості ока, в якості основних кольорів найчастіше приймають або:

  • синій;
  • зелений;
  • червоний.

Або:

  • жовтий;
  • пурпурний;
  • блакитний.

Кольори, які при змішуванні дають білий колір, називаються додатковими кольорами. У змішаному кольорі ми не можемо побачити окремі його складові.

Експериментально спостерігати ефект змішування кольорів можна за допомогою диска Ньютона.

Колірний диск Ньютона представляє собою скляний диск, розбитий на сектори, які пофарбовані в різні кольори (від червоного до фіолетового).

Будемо обертати диск навколо його осі. У міру збільшення швидкості обертання зауважимо, що кордони між секторами розмиваються, кольори стають змішаними і бляклими. І при якійсь швидкості обертання диска наші очі сприймають проходяче крізь нього світло білим, тобто око перестає розрізняти кольори.

Це можна пояснити так. На сітківці ока розташовані рецептори, які і сприймають світлові сигнали. Нехай спочатку око сприймає, наприклад, синій колір. При цьому рецептори знаходяться у відповідному збудженому стані. Вимкнемо синє світло. Рецептори перейдуть в основний стан за деякий інтервал часу. Колірне відчуття зникне.

Якщо тепер включити, наприклад, червоне світло, то рецептори його сприймуть як один колір. Якщо ж синє і червоне світло будуть чергуватися через дуже малий інтервал часу, то рецептори буде сприймати ці кольори одночасно. Отже, обертаючи диск Ньютона зі швидкістю, при якій око перестає розрізняти окремі кольори секторів, ми «змушуємо» око підсумувати всі ці кольори, і бачимо білий колір.

Таким чином, при спільному впливі на око двох або більше світлових хвиль різної частоти, що відповідають різним кольорам, виходить якісно новий суб’єктивно сприймаючийся колір.

Відчуття кольору складається в мозку людини, куди йде сигнал з ока.

В око же світло потрапляє проникнувши через рогову оболонку і зіницю, «реєструючись» на сітківці, на якій розташовані нервові клітини. Отримуючи сигнал, нейрони відправляють електричні імпульси в мозок, де з інформації про пропорції та інтенсивність основних кольорів складається повнокольорова картина світу з величезною кількістю відтінків.

Посилання на основну публікацію