Белые предметы обладают способностью поглощать лучи всех цветов отражать лучи всех цветов
Обновлено: 15.09.2024
Образовательная : формирование знаний о дисперсии света и синтеза монохроматических лучей всех цветов непрерывного спектра; сформировать умение решать задачи по данной теме.
Развивающая : продолжить формирование умений устанавливать причинно-следственные связи между фактами; выдвигать гипотезы, их обосновывать и проверять; способствовать развитию умения самостоятельной работы.
Тип урока : урок изучения нового материала.
Оснащение : компьютер, мультимедийный комплекс, приборы и материалы к проведению экспериментов, компьютерная презентация.
I. Организационный момент: 3 мин.
Проверка посещаемости. Проверка готовности к уроку.
Постановка целей урока.
II. Основная часть:
1. Вступительное слово преподавателя
(мотивация познавательной деятельности) 3 мин.
2. Актуализация знаний. 20 мин.
2.1. Фронтальный опрос.
2.2. Демонстрация и пояснение опыта со стаканом и монетой.
2.3. Демонстрация и пояснение опыта преломления света.
3. Изложение нового материала. 30 мин.
3.1. Опыты Ньютона по дисперсии света.
3.2. Фронтальный эксперимент по разложению света.
преподавателя и демонстрации фрагментов видеофильма.
3.5. Физический смысл дисперсии света.
3.6. Спектр. Спектральный круг. Спектральный анализ.
3.7. Законы сочетания цветов.
4. Закрепление изученного материала. 24 мин.
4.1. Контрольные вопросы
4.2. Решение задач.
4.3. Контрольное тестирование.
5. Рефлексия. 2 мин.
6. Домашнее задание. 2 мин.
III. Подведение итогов занятия. 6 мин.
Заключительное слово преподавателя.
Вступительное слово преподавателя:
Мотивация познавательной деятельности.
Сегодня на уроке мы рассмотрим очень интересное и необычное явление, благодаря которому можно видеть наш окружающий мир цветным. А почему мы можем с вами видеть красивые цвета, удивительные картины? Почему мир дарит нам целую гамму различных по красоте и неповторимости пейзажей? Ответы на эти вопросы вы сами дадите в конце урока.
1 студент: Дисперсия – звучит прекрасно слово.
Прекрасно и явление само
Оно нам с детства близко и знакомо,
Мы наблюдали сотни раз его!
2 студент: Гром отгремел, стих летний ливень быстрый,
И над умытой свежею землей
Мостом бесплотным радуга повисла
Пленяя нас своею красотой.
Обычный белый лучик световой
Она как будто в призме разложила,
Во встреченной им капле дождевой.
Для достижения цели занятия нам необходимо вспомнить изученный материал.
1. Что, по мнению физиков-шутников, является самым темным местом в физике?
2. Что называется светом?
3. С какой скоростью распространяется свет в вакууме?
4. Как распространяется свет в однородной прозрачной среде?
5. Как распространяется свет при переходе из одной среды в другую?
На дно стакана от колориметра помещается монета. 4 студента располагаются диаметрально противоположно и наблюдают так, чтобы каждый из них со своей стороны видел только край монеты. Придерживая карандашом монету, наливают в стакан воду.
Наблюдаемый каждым студентом край монеты смещается. Что является причиной происходящего?
Преподаватель : При переходе из одной среды в другую луч света преломляется. Что это за каприз природы? В малом виде воспроизведем наглядное пособие этого на столе.
Опыт, поясняющий преломление света.
7. Какие величины, характеризующие световую волну, изменяются при переходе из одной среды в другую?
8. Что называется относительным показателем преломления света?
9. Если свет переходит из вакуума в вещество, то как изменяется скорость света?
10. В чем заключается физический смысл абсолютного показателя преломления среды?
11. Какая величина не изменяется при переходе из одной среды в другую?
Изложение нового материала
Ньютон обратился к исследованию цветов, наблюдаемых при преломлении света в связи с усовершенствованием телескопов. Он хотел получить линзы хорошего качества и при этом обратил внимание на наличие окрашенных краев. Исследуя окрашенные при преломлении края, Ньютон сделал свои открытия в области оптики. Направив на призму световой пучок малого поперечного сечения, он заметил, что на противоположной стене преломленный пучок света давал изображение с радужным чередованием цветов. Мы знаем, что свет обладает волновыми свойствами при распространении, поясняющими такие явления, как цвета тонких пленок, цвет крыльев насекомых, проверка качества обработки поверхности с большой точностью – интерференция и образование радужных полос, если смотреть через узкую щель на нить лампы накаливания – явление дифракции.
Кроме этих двух явлений оказывается свет обладает еще таким свойством, которое было названо дисперсией . Итак, когда происходит разложение света на цвета?
Фронтальный эксперимент: учащиеся выполняют задание:
- Посмотрите через скошенные грани плоскопараллельной пластинки на лампочку. Есть ли окраска?
- Посмотрите на свет через плоские стороны пластинки. Есть ли окраска?
- Когда происходит разложение света на цвета?
Вывод : при прохождении света через вещество, имеющее преломляющий угол, происходит разложение света на цвета.
Явление дисперсии света первым начал изучать И. Ньютон. Эта его работа считается одной из важнейших его заслуг.
Сейчас мы с вами попробуем воспроизвести этот опыт. Работать будем в группах. Каждая группа выполняет демонстрационный эксперимент: получить и исследовать спектр, используя призмы из разного стекла (флинт и крон).
Рассмотрите порядок расположения цветов, попытайтесь выяснить причины явления. Для запоминания порядка расположения в тетрадях записываем предложение: К аждый о хотник ж елает з нать г де с идит ф азан.
Выводы из эксперимента:
1.Скорость света зависит от среды.
2. Призма разлагает свет.
3. Белый свет – сложный.
Наполняем кювету водой и помещаем у одного ее бортика плоское зеркало. Устанавливаем кювету так, чтобы солнечный свет падал на зеркало. Ставим перед зеркалом лист белой бумаги и медленно поворачиваем его, пока на листе не появится радужная полоска. С тем же успехом можно изменять положение зеркала.
Почему появляются цвета спектра при прохождении света через прозрачную среду?
Преподаватель : Что такое радуга? Как возникает радуга? И что такое вторая радуга?
Защита проектов обучаемых.
Преподаватель: Если в темной комнате толстую стеклянную пластину осветить пучком света от лампы накаливания, то присмотревшись, можно заметить, что в стекле на границе с воздухом пучок белого света расщепляется на множество плавно переходящих друг в друга цветных пучков. Это явление и свидетельствует о дисперсии световых волн (от лат. disperqo – разбрасывают).
Дисперсия - это зависимость показателя преломления света от частоты колебания.
«Жизни годы прошли недаром;
Ясен предо мной конечный вывод мудрости земной:
Лишь тот достоин жизни и свободы,
Кто же он, этот полутезка Штрауса и Моцарта, так удачно сочетавший физику и лирику? (Иоган Вольфганг Гёте)
Объяснение цветов и красок в природе.
Зная, что белый свет имеет сложную структуру можно объяснить удивительное многообразие красок в природе. Если предмет отражает все падающие на него лучи различных цветов, то он будет казаться белым: Покрытая слоем красной краски бумага, отражает только красный луч, остальные же поглотятся слоем краски. Трава и листы деревьев кажутся нам зелеными лишь потому, что из всех падающих на них солнечных лучей они отражают зеленые, поглощая остальные. Если посмотреть на траву через красное стекло, пропускающее лишь красные лучи, то она будет казаться почти черной.
Теперь проверим, как происходит разложение и синтез белого света.
Качественное представление о причине возникновения дисперсии.
Электромагнитная волна возбуждает в веществе вынужденные колебания электронов в атомах и молекулах. Колеблющиеся электроны становятся вторичными излучателями электромагнитных волн такой же частоты, но со сдвигом фазы. Первичные и вторичные волны интерферируют, и результирующая волна распространяется со скоростью отлично от скорости света в вакууме.
Преподаватель: Объяснение физической природы дисперсии света.
Белый свет имеет сложный состав, но это не ново. При изучении явления дифракции было установлено, что длины волн и их частоты различны для каждого цвета.
Явление дисперсии свидетельствует о том, что фазовые скорости волн входящих в состав белого света в стекле различны.
Фазовая скорость – скорость распространения фазы волны.
Действительно, непосредственно из опыта вытекает, что для показателей преломления справедливо следующее неравенство:
Но показатель преломления равен отношению скоростей света в воздухе к фазовой скорости в стекле. Поэтому показатели преломления цветовых пучков можно выразить через их фазовые скорости:
Подставив найденные значения показателей преломления в предыдущее неравенство, получим:
Таким образом, из явления дисперсии следует, что волны входящие в состав белого света, в веществе распространяются с различными скоростями: с наибольшей скоростью распространяются волны, которые мы воспринимаем как красный свет. И с наименьшей волны, воспринимаемые нами как фиолетовый свет.
Но восприятие цвета зависит от длины волны, а следовательно, и от частоты колебаний. Следовательно, фазовые скорости распространения световых волн зависят и от их частоты.
Ньютон в темной комнате направил пучок солнечного света, прошедшего через отверстие в ставне, которым закрывалось окно, на треугольную призму. На противоположной стене Ньютон увидел яркую цветную полосу, состоящую из множества разноцветных полос, цвета которых, изменяясь плавно переходили от красного к оранжевому к желтому и до фиолетового.
Наблюдаемую на стене картину Ньютон назвал – спектром (от лат. spectrum – видение).
Если внимательно присмотреться к прохождению света через треугольную призму, то можно увидеть, что разложение белого света начинается сразу же, как только свет переходит из воздуха в стекло. В описанных опытах использовались пластина и призма, изготовленные из стекла. Вместо стекла можно взять и другие прозрачные для света материалы. Чем больше показатель преломления материала, тем ярче проявляется дисперсия света.
Определение спектра: распределение какого-либо излучения по частотам колебаний называется спектром . ЭМВ определенной постоянной частоты называется монохроматической .
Синтез белого света с помощью призм был осуществлен Ньютоном. В своих опытах ему удалось соединить цветные лучи в белый свет. Он пропустил лучи солнечного света через призму, а затем вышедшие из нее цветные лучи собрал с помощью другой призмы. В месте соединения цветовых лучей луч стал белого цвета.
Спектральный круг. Объясни явление!
Ныне известно трехцветная природа зрения. На ней основано воспроизводство цветов в кино, телевидении, цветной фотографии. Красный, желтый и синий -наиболее чистые цвета, ибо их нельзя получить смещением других цветов. Из них же наоборот, можно получить все остальные цвета.
Считается, что первоначально зрительно были восприняты зрением синий и желтый цвета, а происхождение красного и зеленого сопровождалось развитием эволюции. Кроме того восприятие цвета непосредственно зависит от настроения. В некоторых странах Нидерландах коричневый цвет был введен вследствие непосредственного общения с другими странами.
Цвет, видимый и воспринимаемый глазом, определяется частотой световой волны.
Сочетание различных цветов играет важную роль в жизни человека: одежда, мебель и т.д.
Законы сочетания цветов:
1.Цвета должны быть родственные.
2.Один цвет господствующий.
Какая рубашка гармонирует к голубому костюму?
Цвета непрозрачных тел:
- многообразие цветов и оттенков в окружающем нас мире объясняет явление дисперсии;
- при взаимодействии различными телами лучи света разного цвета по разному отражаются и поглощаются этими телами;
- тела, окрашенные в белый цвет, отражают лучи света разных частот одинаково хорошо;
- тела, окрашенные в черный цвет, поглощают лучи света разных частот одинаково хорошо;
- непрозрачные тела окрашиваются в тот цвет, в лучи света которого они хорошо отражают.
Цвета прозрачных тел:
- цвет прозрачного тела определяется составом того света, который проходит через него;
- если прозрачное тело равномерно поглощает лучи всех цветов, то в проходящем белом свете оно бесцветно, а при цветном освещении имеет цвет тех лучей, которыми освещено;
- при пропускании белого света через окрашенное стекло оно пропускает тот свет, в который окрашено. Это свойство используется в различных светофильтрах.
Закрепление пройденного материала
1.Что называется дисперсией света?
2.Что называется спектром?
3. Перечислите основные цвета спектров.
4. Какой свет называют монохроматическим?
5. Какие из явлений, показанных на экране, объясняется дисперсия?
6. Почему при запрещающем сигнале светофора включается именно красный свет?
Возможно ли такое? Если да, то почему? ( В дневном свете относительная доля желтых, зеленых и синих лучей гораздо больше, чем в искусственном свете. Поэтому желтые цветы при вечернем, искусственном освещении кажутся более тусклыми).
9. Почему небо голубое?
10. Почему Солнце в зените – ослепительно-белое, а на закате – оранжевое или красное?
(на интерактивной доске)
1.Светофор дает три сигнала: красный, зеленый, желтый, тогда как внутри него установлены обычные лампы накаливания. Почему и как получаются разноцветные сигналы светофора?
а) Стекла поглощают белый свет лампочек, а затем излучают красный, желтый, зеленый;
б) Проходя через стекло частицы света расщепляются по-разному;
в) Свет от лампы проходит светофильтры, которые пропускают свет только соответствующего цвета;
г) Разнообразие цветов связано со всевозможными комбинациями основных цветов спектра;
2. Свет, какого цвета распространяется с наибольшей скоростью в веществе?
г) у всех одинаковый.
3.Почему на транспорте сигнал опасности выбран именно красного цвета?
а) красный цвет приятней для восприятия человеческим глазам;
б) красный свет имеет самую маленькую длину волны в видимой части спектра, а потому больше всего рассеиваются в загрязненном воздухе;
в) красный свет имеет самую большую длину волны в видимой части спектра, а потому меньше всего рассеивается в загрязненном воздухе;
4.Свет какого цвета обладает наименьшим показателем преломления при переходе из воздуха в стекло?
г) у всех одинаковый.
5.Дима рассматривает красные розы через зеленое стекло. Какого цвета будут казаться ему розы?
- Что заинтересовало вас сегодня на занятии более всего?
- Как вы усвоили материал занятий?
- Какие были трудности? Удалось ли их преодолеть?
- Пригодятся ли вам знания, полученные на этом занятии? Где конкретно?
Итоги урока. Оценки.
Информация о домашнем задании.
Заключительное слово преподавателя : Физик видит то, что видят все: предметы и явления. Он, также как все восхищается красотой и величием мира, но за этой, всем доступной красотой, ему открывается еще одна: красота закономерности в бесконечном разнообразии вещей и событий. Физику доступна редкая радость – понимать Природу и даже беседовать с ней. Вспомним Ф.И. Тютчева
Не то, что мните вы, природа:
Не слепок, не бездушный лик.
В ней есть душа, в ней есть свобода,
В ней есть любовь, в ней есть язык…
В \(1666\) году Исаак Ньютон, занимаясь усовершенствованием телескопов, обратил внимание на то, что изображение, получаемое с помощью объектива телескопа, окрашено по краям. Чтобы проверить предположение о роли преломления света в появлении разноцветных световых полос, учёный использовал щель в ставне в качестве источника света. На пути полученного узкого пучка разместил стеклянную призму.
Гипотеза Ньютона была настолько необычной для его современников: что вызвала сильное волнение и вопросы среди учёных Ньютон доказал справедливость своей теории: разложил одной призмой белый свет на спектр и поставил вторую перевёрнутую призму, собрав спектр обратно в белый луч.
Преломлённый белый свет превратился в радугу из семи цветных полос, которую Ньютон назвал спектром. В спектре Ньютон выделил семь цветов: красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, голубой, синий, фиолетовый.
Различным цветам соответствуют различные показатели преломления: лучи красного цвета отклоняются на меньший угол, наибольший угол отклонения у лучей фиолетового цвета.
Чем оптически плотнее среда, тем больше показатель преломления, тем меньше скорость света в веществе. Поэтому лучи фиолетовой части спектра преломляются сильнее (отклоняются на больший угол) по сравнению с лучами красного света, которые имеют большую длину волны (меньшую частоту).
Свет каждого цвета располагается в достаточно узком интервале частот. Например, частота красного света соответствует интервалу 405-480 ТГц. Обычно для характеристики монохроматического цвета используют только одну определённую частоту.
Данная зависимость используется в светофильтрах , которые в зависимости от вещества светофильтра поглощают свет конкретных длин волн (например, пленка со свойством сильно поглощать сине-зеленые лучи видимого спектра при освещении светом с такой же длиной волны будет казаться черной).
Посмотрев этот видеоурок, учащиеся узнают, что такое дисперсия света. Выяснят, как зависит преломление света от цвета светового луча. Познакомятся с приборами для визуального наблюдения спектров. А также узнают, чем обусловлены различные цвета тел.
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобретя в каталоге.
Получите невероятные возможности
Конспект урока "Дисперсия света"
Проведём небольшой эксперимент. Возьмём три одинаковые трёхгранные призмы и пропустим через них пучки монохроматического света различных цветов, например, красного, зелёного и фиолетового. Как видим, лучи фиолетового цвета испытают большее преломление по сравнению с зелёными.
А лучи красного цвета преломляются меньше всего. Это говорит нам о том, что угол преломления красных лучей больше, чем для лучей зелёного и фиолетового цветов. Тогда, из закона преломления света следует, что красный свет в среде распространяется быстрее. Но поскольку цвет, воспринимаемый человеческим глазом, определяется только частотой световой волны, то цвет при переходе из вакуума в вещество или из одного вещества в другое не изменяется.
Зависимость скорости распространения световых волн в среде (или зависимость показателя преломления среды) от частоты (или длины волны) света называют дисперсией света.
Впервые подробно исследовал дисперсию света сэр Исаак Ньютон. До Ньютона считалось, что цвет тела — это свойство самого тела. Например, Аристотель объяснял наличие различных цветов смешением белого света с определённым количеством темноты: немного темноты, добавленной к свету, даёт красный свет; большее количество темноты — и вот мы уже видим фиолетовый свет. И эта теория господствовала в плоть до середины XVII века.
Следуя многовековой традиции, согласно которой радуга считалась состоящей из семи основных цветов, Ньютон тоже выделил семь цветов: фиолетовый, синий, голубой, зелёный, жёлтый, оранжевый и красный. Саму же радужную полоску Ньютон назвал спектром.
Казалось бы, простейший опыт Ньютона показал, что белый свет является сложным: пройдя через призму, он разлагается на пучки различных цветов.
Однако не все приняли результаты опыта — слишком уж необычным казалось это предположение. Основные вопросы сводились к следующему: почему белый свет, входящий в призму, выходил из неё в виде цветной полосы, содержащей именно семь цветов; почему круглый в сечении пучок после преломления в призме оказался существенно растянутым в длину; и, может это вещество, из которого изготовлена призма, окрашивает белый свет?
Для решения всех этих вопросов Ньютон провёл ещё несколько простых, но в то же время гениальных экспериментов. В начале он на пути пучка, прошедшего через призму, поместил собирающую линзу. Пройдя через неё пучок разноцветных лучей в точке схождения вновь становился белым. Такой же результат давала и вторая призма, повёрнутая на 180 о относительно первой. Таким образом было доказано, что свет действительно имеет сложную структуру.
Следующие опыты Ньютона были посвящены изучению влияния вещества призмы на характер окрашивания светового пучка. Закрыв отверстие красным стеклом, Ньютон наблюдал на стене только красное пятно, закрыв синим стеклом — синее пятно и так далее. Это означало, что не призма окрашивает белый свет, так как она не может влиять на цвет светового пучка.
Отдельные цветные лучи, которые после прохождения призмы не разлагались на составляющие, были названы простыми или монохроматическими.
Друзья, избегайте тёмной комнаты,
Где вам искажают свет
И самым жалким образом
Склоняются перед искажёнными образами.
Ранее мы с вами показали, что показатель преломления среды зависит от скорости света в веществе. Следовательно, пучок фиолетового цвета преломляется в большей степени потому, что фиолетовый цвет имеет в веществе наименьшую скорость. Красные же лучи преломляются меньше других потому, что их скорость в веществе наибольшая. Это означает, что показатель преломления вещества, из которого сделана призма, зависит не только от свойств самого вещества, но и от частоты проходящего через него света.
С помощью дисперсии света объясняются многие явления природы, например, радуга. Она является одним из самых красивых явлений природы и поэтому поэтизировалась многими народами:
Как неожиданно и ярко,
На влажной неба синеве,
Воздушная воздвиглась арка
В своём минутном торжестве!
Один конец в леса вонзила,
Другим за облака ушла — Она полнеба обхватила
И в высоте изнемогла.
Радуга возникает из-за того, что солнечный свет преломляется и отражается капельками воды, парящими в атмосфере. Эти капельки по-разному отклоняют свет разных цветов, в результате чего белый свет разлагается в спектр.
Наблюдатель, который стоит спиной к источнику света, видит разноцветное свечение, которое исходит из пространства по концентрическим окружностям (дугам). При этом радуга появляется только в том случае, если угловая высота Солнца над горизонтом не превышает 42 о .
Дисперсией света объясняется возникновение и такого явления, как гало. Его можно наблюдать зимой в виде кругов, столбов или крестов вокруг Солнца и Луны. Здесь дисперсия происходит в ледяных кристалликах на высоте около 10 км в верхних слоях тропосферы.
Дисперсия присуща всем средам, кроме вакуума. Её можно представить в виде зависимости показателя преломления вещества от частоты падающего света. Как показали различные опыты, для большинства веществ показатель преломления уменьшается с уменьшением частоты. Причём зависимость эта нелинейная. Дисперсию такого рода называют нормальной.
Однако в парах йода и в некоторых жидкостях учёные наблюдали и аномальную дисперсию. При такой дисперсии показатель преломления увеличивается с увеличением длины волны. Проще говоря, в них скорость распространения красных лучей меньше, чем фиолетовых.
В настоящее время, для получения хороших и ярких дисперсионных спектров используются специальные оптические приборы — спектроскопы и спектрографы. Первый спектроскоп был изобретён в 1815 году немецким физиком Йозефом Фраунгофером. Он состоял из окуляра, зрительной трубы, двух объективов, коллиматора и дифракционной щели.
В оригинальном дизайне спектроскопа свет, прошедший через щель, расположенную в фокальной плоскости коллиматорной линзы, преобразовывался в тонкий световой пучок и попадал на призму. Из призмы выходят уже параллельные пучки разного направления, которые, преломившись в линзе зрительной трубы, образуют в её фокальной плоскости изображение щели. Если исследуется белый свет, то изображения щели сливаются в одну цветную полосу всех основных цветов. Если же исследуемый свет является монохроматическим, то спектр получается в виде узких линий, разделённых широкими тёмными промежутками.
Таким образом, с помощью призмы, как и с помощью дифракционной решётки, можно получить спектр некоторого излучения. Однако в дисперсионном и дифракционном спектрах имеются различия:
1) для дифракционного спектра можно создать равномерную шкалу по λ. Для дисперсионного спектра этого сделать нельзя, так как зависимость показателя преломления от длины волны является нелинейной функцией.
2) в дисперсионном спектре большее отклонение от первоначального направления испытывают фиолетовые лучи, в дифракционном же — красные.
3) в дифракционном спектре наблюдается несколько порядков спектра, в дисперсионном — один.
Итак, мы уже выяснили, что окружающий нас мир является красочным именно потому, что солнечный свет является сложным. Но всё же пока не ясно, почему же окружающий нас мир пестрит различными красками. И почему различные предметы, освещённые одним и тем же солнечным светом, имеют разный цвет?
Чтобы разобраться в этом, получим на экране спектр белого света. Теперь возьмём цветную бумажную полоску (например, зелёного цвета) и закроем ей часть спектра. Обратите внимание на то, что цвет полоски остался зелёным только в той области спектра, где на неё падают зелёные лучи. В жёлтой области спектра наша бумажка изменила оттенок. А в остальных частях спектра она выглядит тёмной.
Это говорит нам о том, что тела, имеющие зелёную окраску, способны отражать в основном лучи зелёного цвета, а остальные поглощают. Аналогично тела, имеющие красную окраску, в основном отражают красные лучи. Белые тела, которые освещаются дневным светом, в равной степени отражают лучи всех цветов, поэтому мы их и видим белыми. Чёрные же тела, наоборот, поглощают практически все падающие на них лучи. Что касается прозрачных тел, то их цвет обусловлен составом того цвета, который прошёл через них.
Мы часто говорим о таком понятии как свет, источниках освещения, цвете изображений и объектов, но не совсем хорошо себе представляем, что такое свет и что такое цвет. Пора разобраться с этими вопросами и перейти от представления к понимаю.
Мы окружены
Осознаем мы этого или нет, но мы находимся в постоянном взаимодействии с окружающим миром и принимаем на себя воздействие различных факторов этого мира. Мы видим окружающее нас пространство, постоянно слышим звуки от различных источников, ощущаем тепло и холод, не замечаем, что пребываем под воздействием естественного радиационного фона, а также постоянно находимся в зоне излучения, которое исходит от огромного количества источников сигналов телеметрии, радио и электросвязи. Почти всё вокруг нас испускает электромагнитное излучение. Электромагнитное излучение — это электромагнитные волны, созданные различными излучающими объектами – заряженными частицами, атомами, молекулами. Волны характеризуются частотой следования, длинной, интенсивностью, а также рядом других характеристик. Вот вам просто ознакомительный пример. Тепло, исходящее от горящего костра – это электромагнитная волна, а точнее инфракрасное излучение, причем очень высокой интенсивности, мы его не видим, но можем почувствовать. Врачи сделали рентгеновский снимок – облучили электромагнитными волнами, обладающими высокой проникающей способностью, но мы этих волн не ощутили и не увидели. То, что электрический ток и все приборы, которые работают под его действием, являются источниками электромагнитного излучения, вы все, конечно же, знаете. Но в этой статье я не стану рассказать вам теорию электромагнитного излучения и его физическую природу, я постараюсь более мене простым языком объяснить, что же такое видимый свет и как образуется цвет объектов, которые мы с вами видим. Я начал говорить про электромагнитные волны, чтобы сказать вам самое главное: Свет – это электромагнитная волна, которая испускается нагретым или находящимся в возбужденном состоянии веществом. В роли такого вещества может выступить солнце, лампа накаливания, светодиодный фонарик, пламя костра, различного рода химические реакции. Примеров может быть достаточно много, вы и сами можете привести их в гораздо большем количестве, чем я написал. Необходимо уточнить, что под понятием свет мы будем подразумевать видимый свет. Всё выше сказанное можно представить в виде вот такой картинки (Рисунок 1).
Рисунок 1 – Место видимого излучения среди других видов электромагнитного излучения.
От света к цвету и обратно
Ещё со школы вы знаете, что если на пути луча солнечного света поставить стеклянную призму, то большая часть света пройдет через стекло, и вы сможете увидеть разноцветные полосы на другой стороне призмы. То есть изначально был солнечный свет — луч белого цвета, а после прохождения через призму разделился на 7 новых цветов. Это говорит о том, что белый свет состоит из этих семи цветов. Помните, я только что говорил, что видимый свет (видимое излучение) — это электромагнитная волна, так вот, те разноцветные полосы, которые получились после прохождения солнечного луча через призму – есть отдельные электромагнитные волны. То есть получаются 7 новых электромагнитных волн. Смотрим на рисунок 2.
Рисунок 2 – Прохождение луча солнечного света через призму.
Любое излучение можно представить в виде спектра, правда таких цветных линий в его составе не будет, потому, как человек не способен видеть другие типы излучений. Видимое излучение – это единственный вид излучений, который человек может видеть, потому-то это излучение и назвали – видимое. Однако сама по себе энергия определенной длины волны не имеет никакого цвета. Восприятие человеком электромагнитного излучения видимого диапазона спектра происходит благодаря тому, что в сетчатке глаза человека располагаются рецепторы, способные реагировать на это излучение.
Но только ли путем сложения семи основных цветов мы можем получить белый цвет? Отнюдь. В результате научных исследований и практических экспериментов было установлено, что все цвета, которые способен воспринимать человеческий глаз, можно получить смешиванием всего лишь трех основных цветов. Три основных цвета: красный, зеленый, синий. Если с помощью смешивания этих трех цветов можно получить практически любой цвет, значит можно получить и белый цвет! Посмотрите на спектр, который был приведен на рисунке 2, на спектре четко просматриваются три цвета: красный, зеленый и синий. Именно эти цвета лежат в основе цветовой модели RGB (Red Green Blue).
Проверим как это работает на практике. Возьмем 3 источника света (прожектора) — красный, зеленый и синий. Каждый из этих прожекторов излучает только одну электромагнитную волну определенной длины. Красный – соответствует излучению электромагнитной волны длиной примерно 625-740nm (спектр луча состоит только из красного цвета), синий излучает волну длиной 435-500nm (спектр луча состоит только из синего цвета), зеленый – 500-565nm (в спектре луча только зеленый цвет). Три разных волны и больше ничего, нет никакого разноцветного спектра и дополнительных цветов. Теперь направим прожектора так, чтобы их лучи частично перекрывали друг друга, как показано на рисунке 3.
Рисунок 3 — Результат наложения красного, зеленого и синего цветов.
Рисунок 4 – Отсутствие светового излучения
Я как-то незаметно перехожу от понятия свет к понятию цвет и вам ничего не говорю. Пора внести ясность. Мы с вами выяснили, что свет – это излучение, которое испускается нагретым телом или находящимся в возбужденном состоянии веществом. Основными параметрами источника света являются длина волны и сила света. Цвет – это качественная характеристика этого излучения, которая определяется на основании возникающего зрительного ощущения. Конечно же, восприятие цвета зависит от человека, его физического и психологического состояния. Но будем считать, что вы достаточно хорошо себя чувствуете, читаете эту статью и можете отличить 7 цветов радуги друг от друга. Отмечу, что на данный момент, речь идет именно о цвете светового излучения, а не о цвете предметов. На рисунке 5 показаны зависимые друг от друга параметры цвета и света.
Рисунки 5 и 6– Зависимость параметров цвета от источника излучения
Существуют основные характеристики цвета: цветовой тон (hue), яркость (Brightness), светлость (Lightness), насыщенность (Saturation).
Цветовой тон (hue)
– Это основная характеристика цвета, которая определяет его положение в спектре. Вспомните наши 7 цветов радуги – это, иначе говоря, 7 цветовых тонов. Красный цветовой тон, оранжевый цветовой тон, зелёный цветовой тон, синий и т.д. Цветовых тонов может быть довольно много, 7 цветов радуги я привел просто в качестве примера. Следует отметить, что такие цвета как серый, белый, черный, а также оттенки этих цветов не относятся к понятию цветовой тон, так как являются результатом смешивания различных цветовых тонов.
Яркость (Brightness)
Светлость (Lightness)
– Степень близости цвета (цветового тона) к белому. Любой цвет при максимальном увеличении светлости становится белым. Например: красный — малиновый — розовый — бледно-розовый — белый.
– Степень близости цвета к серому цвету. Серый цвет является промежуточным цветом между белым и черным. Серый цвет образуется путем смешивания в равных количествах красного, зеленого, синего цвета с понижением яркости источников излучения на 50%. Насыщенность изменяется непропорционально, то есть понижение насыщенности до минимума не означает, что яркость источника будет снижена до 50%. Если цвет уже темнее серого, при понижении насыщенности он станет ещё более темным, а при дальнейшем понижении и вовсе станет черным цветом.
Такие характеристики цвета как цветовой тон (hue), яркость (Brightness), и насыщенность (Saturation) лежат в основе цветовой модели HSB (иначе называемая HCV).
Для того чтобы разобраться в этих характеристиках цвета, рассмотрим на рисунке 7 палитру цветов графического редактора Adobe Photoshop.
Рисунок 7 – Палитра цветов Adobe Photoshop
Цвет объектов
Пора поговорить о том, как так получается, что окружающие нас предметы принимают свой цвет, и почему он меняется при различном освещении этих предметов.
Цвет объекта и цвет источника излучения неразрывно связаны между собой, и эта взаимосвязь описывается тремя условиями.
— Первое условие: Цвет объект может принимать только при наличии источника освещения. Если нет света, не будет и цвета! Красная краска в банке будет выглядит черной. В темной комнате мы не видим и не различаем цветов, потому что их нет. Будет черный цвет всего окружающего пространства и находящихся в нем предметов.
— Второе условие: Цвет объекта зависит от цвета источника освещения. Если источник освещения красный светодиод, то все освещаемые этим светом объекты будут иметь только красные, черные и серые цвета.
— И наконец, Третье условие: Цвет объекта зависит от молекулярной структуры вещества, из которого состоит объект.
Зеленая трава выглядит для нас зеленой, потому что при освещении белым светом она поглощает красную и синюю волну спектра и отражает зеленую волну (Рисунок 8).
Рисунок 8 – Отражение зеленой волны спектра
Бананы на рисунке 9 выглядят желтыми, потому что они отражают волны, лежащие в желтой области спектра (желтую волну спектра) и поглощает все остальные волны спектра.
Рисунок 9 – Отражение желтой волны спектра
Собачка, та что изображена на рисунке 10 – белая. Белый цвет – результат отражения всех волн спектра.
Рисунок 10 – Отражение всех волн спектра
Цвет предмета – это цвет отраженной волны спектра. Вот так предметы приобретают видимый нами цвет.
В следующей статье речь пойдет о новой характеристике цвета — цветовой температуре.
Читайте также: