Svetlo i boja u prirodi. Svetlo i boja: osnove. Refrakcija i disperzija svjetlosti

Kotov Pavel, učenik 11 A razreda MBOU "Srednja škola br. 11" IMRSC

Članak - poruka predstavlja opis zanimljivih prirodnih fenomena povezanih s lomom svjetlosti
, koji je pripremljen za nastavu.

Skinuti:

Pregled:

SVJETLOST I BOJA U PRIRODI

Objava:

Rad učenika 11. razreda - A

MBOU "Srednja škola br. 11"

Kotova Pavel

Poruka za lekciju, prezentaciju, video klip na temu

Uvod

Na temu koju mi ​​je predložio nastavnik našao sam toliko zanimljivih stvari za mene, toliko neočekivanih stvari, na primjer, o"Slomljeni duh" za koju nikada ranije nisam ni čuo, da sam odlučio da svojim drugarima iz razreda pričam o svemu, bez ponavljanja, na času. Prezentacija ne odražava ljepotu fenomena koji su me zadivili i koji se objašnjavaju razumljivim zakonima fizike, pa sam uz svoju poruku odabrao nekoliko zanimljivih video klipova.

• http://www.youtube.com/watch?v=ZsyZFbsiKG0 Misteriozni prirodni fenomen - Halo
• http://www.youtube.com/watch?v=YqAw8CTJkbI Halo - DUGA oko SUNCA! SAD, Orlando
• http://www.youtube.com/watch?v=TRuXgvU0_Vs Prirodni fenomen – Halo
• http://www.youtube.com/watch?v=t-U4bnphTqw Neobična pojava na nebu iznad Novokuznjecka
• http://www.youtube.com/watch?v=FkNWSjPR_fs Prirodni fenomen - Projekcija krsta na nebu
• http://www.youtube.com/watch?v=Dv-jjjbwNZI Glorija je optički fenomen u oblacima.
• http://www.youtube.com/watch?v=Ix5nydC0maY Factomania Izdanje 41 - Jutro
• Gloria
• http://www.youtube.com/watch?v=LmxX0a6iZYQ Brocken Ghost na At-Bash-u

• http://www.youtube.com/watch?v=xrypsgJSOS4&index=3&list=PLEC-4i2P-XFrnbMYN4ez87ZvaJ6yIxQG2 Brocken Spectre na Sgorr Dhonuillu
• http://www.youtube.com/watch?v=0I83USDoX6I Super duga nad Kalugom.
• http://www.youtube.com/watch?v=J_PqmnJgBcQ vertikalna duga u Kailašu
• http://www.youtube.com/watch?v=fn9ynUatjss Trostruka duga i dalje postoji

Ovakav spektakl nikoga nije ostavio ravnodušnim! Mislim da smo se ne samo ja, nego i drugi zakleli sebi da će vidjeti ove prirodne pojave i da ću postati ona srećna osoba koja će sve ovo vidjeti svojim očima! Nekima će proći cijeli život, a ovako nešto neće vidjeti svojim očima, nesvjesni prekrasnog, nevjerovatnog svijeta u kojem žive.

A sada malo teorije, koju sam smatrao potrebnim da pružim svojim kolegama iz razreda. Sve reference iz originalnog izvora zadržao sam u tekstu.

Teoretski minimum

Mogućnost raspadanja svjetlosti prvi je otkrio Isaac Newton. Uski snop svjetlosti, prošao kroz staklenu prizmu, prelomio se i formirao raznobojnu traku na zidu - spektar.

Na osnovu karakteristika boja, spektar se može podijeliti na dva dijela. Jedan dio uključuje crvenu, narandžastu, žutu i žuto-zelenu boju, drugi - zelenu, plavu, indigo i ljubičastu.

Talasne dužine zraka vidljivog spektra su različite - od 380 do 760 mmk . Iza vidljivog dijela spektra nalazi se nevidljivi dio. Dijelovi spektra sa talasnim dužinama većim od 780 mmk naziva se infracrvena ili termalna. Lako ih detektuje termometar instaliran u ovom dijelu spektra. Dijelovi spektra sa talasnim dužinama manjim od 380 mmk zove ultraljubičasto

Rice. 1. Spektralna dekompozicija snopa boja

Svjetlosne zrake koje izlaze iz različitih izvora svjetlosti imaju različit spektralni sastav i stoga se značajno razlikuju u boji. Svjetlost obične električne sijalice je žuća od sunčeve svjetlosti, a svjetlost stearinske ili parafinske svijeće ili kerozinske lampe žuta je od svjetlosti električne sijalice. To se objašnjava činjenicom da u spektru snopa dnevne svjetlosti prevladavaju valovi koji odgovaraju plavoj boji, a u spektru snopa električne sijalice s volframom, a posebno ugljičnom niti, prevladavaju valovi crvene i narančaste boje. Dakle, isti predmet može poprimiti različite boje u zavisnosti od toga kojim izvorom svetlosti je osvetljen.

Kao rezultat, tijela poprimaju različite nijanse boja na prirodnom i umjetnom svjetlu.

Boja svakog objekta zavisi od njegovih fizičkih svojstava, odnosno sposobnosti da reflektuje, apsorbuje ili propušta svetlosne zrake. Stoga se zraci svjetlosti koji upadaju na površinu dijele na reflektirane, apsorbirane i propuštene.

Tijela koja gotovo potpuno reflektiraju ili apsorbiraju svjetlosne zrake percipiraju se kao neprozirna.

Tijela koja prenose značajnu količinu svjetlosti percipiraju se kao prozirna (stakla).

Ako površina ili tijelo reflektira ili prenosi u istoj mjeri sve zrake vidljivog dijela spektra, onda se takvo odbijanje ili prodor svjetlosnog toka naziva neselektivnim.

Dakle, predmet izgleda crn ako apsorbira gotovo sve zrake spektra podjednako, a bijeli ako ih potpuno reflektira.

Ako predmete gledamo kroz prozirno staklo, vidjet ćemo njihovu pravu boju. Posljedično, bezbojno staklo gotovo u potpunosti propušta sve zrake boja spektra, osim male količine reflektirane i apsorbirane svjetlosti, koju također čine svi zraci boja spektra.

Ako uzmete plavi filter, tada će svi objekti iza stakla izgledati plavo, jer plavo staklo propušta uglavnom plave zrake spektra, a gotovo u potpunosti apsorbira zrake drugih boja.

Boja neprozirnog objekta također ovisi o njegovoj refleksiji i apsorpciji valova različitog spektralnog sastava. Dakle, objekat izgleda plavo ako reflektuje samo plave zrake i apsorbuje sve ostalo. Ako predmet reflektira crvene zrake i apsorbira sve ostale zrake spektra, izgleda crveno.

U prirodi ne postoji materijal koji reflektuje ili apsorbuje 100% svjetlosti koja pada na njega, tako da ne postoji ni savršeno bijelo ni savršeno crno. Najbela boja je prah hemijski čistog barijum sulfata, utisnut u pločicu, koji reflektuje 94% svetlosti koja pada na njega. Cink bijela je nešto tamnija od barijum sulfata, olovno bijelo, gips, litoponsko bijelo, vrhunski papir za pisanje, kreda itd. su još tamniji. Najtamnija površina je crni baršun, reflektirajući oko 0,2% svjetlosti.

Miješanje boja.Percepcija boja koje vidimo oko sebe uzrokovana je djelovanjem na oko složenog toka boja koji se sastoji od svjetlosnih valova različitih dužina. Ali ne stičemo dojam šarenilosti i višebojnosti, jer oko ima sposobnost miješanja raznih boja. Boje koje se nalaze blizu jedna drugoj, gledano sa velike udaljenosti, kao da se spajaju u jednu ukupnu boju na mrežnjači našeg oka. Ova vrsta miješanja boja naziva se subjunktivno ili aditivno.

Rice. 2. Točak boja komplementarnih boja: 1 - veliki interval, 2 - srednji interval, 3 - mali interval

U ovom krugu komplementarna boja crvenoj je plavkasto-zelena, narandžastoj - plava, žutoj - plava, žuto-zelenoj - ljubičasta. U bilo kom paru komplementarnih boja jedna uvijek pripada grupi toplih tonova, a druga grupi hladnih tonova.

Prilikom mehaničkog miješanja boja, ono što se dobija nije optičko dodavanje obojenih zraka na mrežnjaču oka, već oduzimanje od bijelog zraka koji osvjetljava našu mješavinu boja onih zraka koje apsorbiraju obojene čestice boja. Tako, na primjer, kada su obasjane bijelim snopom svjetlosti na objektu obojenom mješavinom plavih i žutih pigmenata, plave čestice pruske plave će apsorbirati crvene, narandžaste i žute zrake, a žute čestice kadmijuma će apsorbirati ljubičastu, plavu. i cijan zrake. Zelene i slične plavkasto-zelene i žuto-zelene zrake ostat će neapsorbirane, koje će, reflektirane od predmeta, percipirati mrežnica našeg oka.

Primjer subtraktivnog miješanja boja je zraka svjetlosti koja prolazi kroz tri stakla - žuto, cijan i magenta, koje se postavljaju jedno za drugim i usmjeravaju na bijeli ekran. Na mjestima gdje se dva stakla preklapaju - magenta i žuta - dobićete crvenu mrlju, žuta i cijan - zelena, cijan i magenta - plava. Tamo gdje se tri boje istovremeno preklapaju, pojavit će se crna mrlja.

Halo se obično pojavljuje okoloNed ili Mjesec , ponekad oko drugih moćnih, kao što su ulična rasvjeta. Postoje mnoge vrste oreola i uglavnom su uzrokovane ledomkristali V cirusni oblaci na nadmorskoj visini od 5-10 km u gornjim slojevimatroposfera . Vrsta oreola zavisi od oblika i rasporeda kristala. Svjetlost koju reflektiraju i lome kristali leda često se razlaže u spektar, zbog čega oreol izgleda kaorainbow .

Sunčev oreol u graduBryansk

Glorija ( lat. gloria - dekoracija; halo) je optički fenomen u oblacima.

Posmatrano na oblacima koji se nalaze direktno nasuprot izvora svjetlosti. Posmatrač mora biti na planini ili u zraku, a izvor svjetlosti (Ned ili Mjesec ) - iza njegovih leđa.

Predstavlja obojene prstenove svjetlosti na oblaku oko sjene posmatrača. Unutra je plavkasti prsten, spolja crvenkast, a zatim se prstenovi mogu ponavljati sa manjim intenzitetom

Gloria sama objašnjavadifrakcija svjetlost koja se prethodno reflektirala u kapljicama oblaka tako da se iz oblaka vraća u istom smjeru u kojem je pala, odnosno do posmatrača.

Efekat "Slomljeni duh" sa senkom osobe, uključena fotografijaKorženevskaja vrh , Pamir

Brocken Ghost se pojavljuje kada Sunce sija iza penjača koji gleda dolje sa grebena ili vrha u maglu. Senka penjača kreće se kroz maglu, često poprima bizarne ugaone oblike uzrokovane perspektivom. Očigledno povećanje veličine sjene -optička iluzija , objašnjeno činjenicom da posmatrač poredi svoju senku, koja leži na relativno bliskim oblacima, sa udaljenim površinskim objektima vidljivim kroz praznine u oblacima; ili kada je nemoguće navigirati u magli i mjeriti veličine. Osim toga, sjene padaju na kapljice vode koje se nalaze na različitim udaljenostima od oka, što ometapercepcija dubine .

Brocken duh je često okružen užarenim prstenovima različitih boja -Gloria . Pojavljuju se direktno nasuprot Sunca kada se sunčeva svjetlost odbija od oblaka napravljenih od kapljica vode jednake veličine. Efekat je zbogdifrakcija svetlosti .

Duge nastaju zbog suncasvjetlo prelomljena I reflektovano kapljice voda ( kiša ili magla ), pluta atmosfera . Ove kapljice odbijaju svjetlost različito od drugačijegboje (indeks prelamanja Za svjetlo veće talasne dužine (crveno) ima manje vode nego za kratko valno (ljubičasto), pa se crvena svjetlost najslabije odbija – za 137°30’, a ljubičasta najjače – za 139°20’). Kao rezultatbijela svetlost se raspada nadomet (dešava se

živi organizam.

Percepcija boja je reakcija tijela na svjetlosni stimulans.

Svjetlosni zraci koje ljudi vide i osjećaju čine samo malu oktavu, u rasponu od 400 do 700 nanometara (ili milimikrona) u opsegu oscilacija elektromagnetnih valova, koji sukcesivno uključuju: kosmičke zrake, radioaktivne zrake, rendgenske zrake, ultraljubičaste zrake, svjetlosni zraci (vidljiva svjetlost), infracrveni zraci, ultrakratki, kratki, srednji i dugi radio valovi.

Vidljivi spektar zraka uključuje boje u rasponu od ljubičaste do crvene preko plave, zelene, žute i narandžaste.

U prirodi postoje prirodni nizovi razvoja boja od bijele (klija) preko vidljivog spektra boja do crne (trulež). Sama priroda stavlja boje u određenu seriju.

Zemljina atmosfera nas obavija i stvara nevjerovatno okruženje koje nosi boje.

Ljudsko tijelo, kao dio prirode, osjetljivo reagira na svjetlost i boje i ima individualnu, jedinstvenu skalu percepcije boja.

Zraci boja zaobilaze vid i djeluju na ljudski nervni sistem, crvena povećava cirkulaciju krvi, a plava zaustavlja upalne procese.

Ljudsko oko je jedinstven optički sistem koji nam daje mogućnost da razlikujemo veličinu, oblik, teksturu, sjaj, prozirnost, treperenje i boju objekata.

Priroda svjetlosti je takva da su svi tamni tonovi na dnu, a svijetli na vrhu, što je posljedica gravitacije.

Pri normalnom osvjetljenju, naše oči vide kroz "čušnice", a pri slabom osvjetljenju kroz "šipove". Štapovi nam daju utisak svjetlosti, a čunjevi nam daju boju.

U životinjskom svijetu prisutnost čunjeva i štapića je različito raspoređena. Na primjer, kokoške imaju samo čunjeve i spavaju kada sunce zađe, dok sove, naprotiv, imaju samo štapove i ne vide danju.

U ljudskom oku samo se čunjići nalaze u središtu mrežnjače, u području fovee. Njihova gustina je veoma visoka. Ima 50.000 čunjeva na površini od 1 mm2. Upravo je ovaj centar uglavnom odgovoran za mjerenje boje u našem oku.

Sa vidom u sumrak, i čunjevi i štapići su uključeni u rad oka, zbog čega dolazi do oštrog pomaka u percepciji boje i nemoguće je dati tačan opis boje.

U živoj prirodi boja i svjetlost su proizvod vitalne aktivnosti organizma u procesu njegovog funkcioniranja.

Sjaj organizama (bioluminiscencija) ima specifičnu svrhu: kod meduza je reakcija na mehaničku iritaciju, kod donjih crva "poliheta" signal je u sezoni parenja, lignje i škampi izbacuju svjetleću sluz, koristeći je kao svjetlosna zavjesa.

Osim žlijezda s fotogeničnim stanicama koje proizvode svjetlost, dubokomorske životinje imaju posebne svijetleće organe - "fotofore". Ponekad su fotofori opremljeni svjetlosnim filterima i životinja svijetli duginim svjetlom.

U živim organizmima gotovo sva biohemijska energija se pretvara u svjetlost tokom oksidacije, dok se kod konvencionalne žarulje sa žarnom niti 70% energije troši na stvaranje topline, pa je stvaranje umjetne žive svjetlosti jedno od perspektivnih područja bionike.

Pod uticajem sunčeve energije u listovima biljaka dolazi do procesa fotosinteze, tj. proces stvaranja organskih tvari (šećera i ugljikohidrata) iz neorganskih tvari (vode, ugljičnog dioksida i mineralnih soli) dobivenih iz vanjskog okruženja.

Da bi biljke bolje uhvatile dnevnu svjetlost, u prirodi su stvoreni različiti rasporedi listova. Ovo je pravilna, navojna, mozaična, spiralna, itd.

Priroda je mnoge životinje obdarila sposobnošću kamufliranja - promjene njihove vanjske boje. To omogućava životinjama da se najbolje prilagode u borbi za opstanak.

Promjena boje kod životinja je složen biološki proces koji se javlja pod utjecajem vanjskih podražaja, uglavnom putem vida. Ispod kože životinje nalaze se posebne elastične ćelije zvane "hromatofore" ispunjene bojom. Na signal životinje, neki se kromatofori rastežu, a drugi skupljaju, što rezultira promjenom boje kože.

Ispod hromatofora leže druge ćelije - "iridociste", ispunjene brojnim ogledalima i sistemom prizmi koje prelamaju i razlažu svetlost, zbog čega koža životinja dobija poseban metalni sjaj.

U dizajnu su općenito prihvaćene boje koje pružaju sigurnost i urednost u simbolici boja.

Žuta boja je boja upozorenja, što znači "pažnja".

Narandžasta boja - znači pažnju, "opasnost".

Crvena boja je protivpožarna, "zabranjujuća".

Zelena boja je permisivna, „slobodna“.

Plava boja je preskriptivna, objašnjava.

Bijela boja - smjer kretanja, "slobodan".

Prema svom psihičkom uticaju na osobu, boje se dijele na:

A) Stimuliraju (tople boje), podstiču uzbuđenje i djeluju kao iritanti - crvena, karmin, cinober, narandžasta, žuta.

B) Dezintegrirajuće (hladne boje), prigušujuća iritacija - ljubičasta, plava, svijetloplava, plavo-zelena.

C) Pastele (meke boje), prigušivanje čistih boja.

D) Statički (uravnotežene boje), odvlače pažnju od uzbudljivih boja - zelena, maslinasta, žuto-zelena, ljubičasta.

E) Boje zagasitih tonova koje ne izazivaju iritaciju i pomažu u koncentraciji - na bazi sive, bijele i crne.

E) Tople tamne boje, stabiliziraju iritaciju i djeluju tromo i inertno - oker, smeđa zemlja, tamno smeđa.

G) Hladne tamne boje, koje izoluju i potiskuju iritaciju - tamno siva, crno-plava, tamno plava, tamnozelena.

Činjenica da je boja elektromagnetski talas koji percipira ljudsko oko i vidljivi dio spektra, I. Newton opisano u radu “Optika”. Unatoč činjenici da je mnogo prije toga engleski filozof i prirodnjak Roger Bacon također promatrao optički spektar u čaši vode, a prvo objašnjenje vidljivog zračenja dao je I. Newton. Slični pokušaji istraživanja boja izvedeni su nešto kasnije Johann Goethe u djelu „Teorija boja“, u 18. vijeku, u Rusiji, M. V. Lomonosova.

I. Newton je uspio da razloži bijelu svjetlost na boje spektra, što je bio prvi značajniji proboj u proučavanju boja.

Glavni preduvjet naučnika za otkriće spektra bila je želja da se poboljšaju sočiva za teleskope: glavni nedostatak teleskopskih slika bila je prisutnost rubova duginih boja.

Godine 1666. u Kembridžu je izveo eksperiment razlaganja bijele boje sa prizmom: kroz malu okruglu rupu na kapku prozora snop svjetlosti je prodirao u zamračenu prostoriju, a na njenom putu pojavila se staklena trodjelna prizma, u koji snop svetlosti prelomljena. Na ekranu iza prizme pojavila se višebojna traka, kasnije nazvana spektrom. Utvrdio je da se zrak bijele dnevne svjetlosti sastoji od zraka različitih boja, i to: crvene, narandžaste, žute, zelene, plave (cijan), indigo i tamnoljubičaste.

Newton I. Optika ili rasprava o refleksijama, lomovima, savijanjima i bojama svjetlosti. - M.: Državna izdavačka kuća tehničke i teorijske literature, 1954.

Objasnio je da je njihovo miješanje glavni razlog raznolikosti harmonija boja i bogatstva boja prirode.

Takođe je otkrio da obojena zraka, reflektovana i prelomljena beskonačan broj puta, ostaje iste boje, što je značilo da je boja određena stabilna karakteristika. Također je primijetio da kada se bijela svjetlost doda obojenoj zraki, ona postaje složenija, uzrokujući da boja postaje rijetka i slabija dok potpuno ne nestane, formirajući sivu ili bijelu. Dakle, što je boja složenija, to je manje puna i intenzivna.

I. Newton je takođe ustanovio da je moguće, naprotiv, mešanjem sedam boja spektra, ponovo dobiti belu. Da bi to učinio, postavio je na putanju obojenog snopa (spektra) razloženog prizmom bikonveksno sočivo, koje opet preklapa različite boje jednu na drugu; konvergirajući, formiraju belu tačku na ekranu. Ako stavite usku neprozirnu traku ispred sočiva (na putanju obojenih zraka) da blokirate bilo koji dio spektra, tada će tačka na ekranu postati obojena.

Naučnik je takođe odredio indeks prelamanja zraka različitih boja. U tu svrhu je izrezana rupa u ekranu; Pomicanjem ekrana bilo je moguće izbaciti uski snop zraka jedne ili druge boje kroz rupu. Takav odabrani snop, prelomljen u drugoj prizmi, više nije bio razvučen u traku: on odgovara određenom indeksu prelamanja, čija vrijednost ovisi o boji odabranog snopa. Ovisnost indeksa loma o boji naziva se "disperzija boje" (od latinskog dispergo - raspršivanje).

Proučavajući prirodu svjetlosti i boje, Newton je došao do zaključka da stalne boje prirodnih tijela nastaju zbog činjenice da neka tijela reflektiraju određene vrste zraka, druga tijela reflektiraju druge vrste obilnije od drugih 1. Puderi u boji, kako je Njutn primetio, potiskuju i zadržavaju veoma značajan deo svetlosti kojom su osvetljeni. I postaju obojeni, reflektujući svetlost svoje boje u najvećoj meri 2. Newton I. Optika ili rasprava o bitkama, lomovima, savijanjima i bojama svjetlosti. - M.: Državna izdavačka kuća tehničke i teorijske literature, 1954. - 367 str.

Mora se reći da se, uprkos daljnjim istraživanjima, ova teorija (korpuskularna teorija svjetlosti) ne može smatrati netačnom, jer se boja zaista može smatrati strujom fotona - elementarnih bezmasenih čestica koje se kreću brzinom svjetlosti i imaju električni naboj. jednaka nuli. Foton, kao kvantna čestica, karakteriše dualnost talas-čestica, odnosno ispoljavanje svojstava čestice i talasa u isto vreme. I. Newtona nije moguće nazvati protivnikom teorije valova: on nije odbacio ovu ideju. Newton je povukao analogiju između boje i zvuka, vjerujući da su oba ova fenomena slične prirode, što je vjerovatno anticipiralo otkriće elektromagnetne prirode zvuka i svjetlosti. „Kao što zvuk zvona, ili muzičke žice, ili drugih zvučnih tijela nije ništa drugo do oscilirajući pokret, a u zraku se iz predmeta ne širi ništa drugo osim ovog pokreta... u potonjem se osjećaji tih pokreta pojavljuju se u obliku cvijeća.”

S druge strane, u raspravi predstavljenoj Kraljevskom društvu 1675. godine, on piše da svjetlost ne može biti samo vibracija etra, budući da bi se tada mogla, na primjer, širiti kroz zakrivljenu cijev, kao što to čini zvuk. Ali on takođe sugeriše da širenje svetlosti pobuđuje vibracije u etru, što dovodi do difrakcije i drugih efekata talasa.

U 18. veku u Rusiji, M. V. Lomonosov istražuje probleme fenomena boja i donosi niz važnih otkrića koja nisu široko poznata. Otkrio je da se svjetlost sastoji od tri etra, koji teku od sunca i svijetlećih tijela poput rijeke. Eteri imaju tri vrste kretanja, koje je on nazvao neprekidan, nestalan i rotirajući. Eterski tokovi se sastoje od tri vrste čestica različitih veličina. Od toga, čestice soli čine crveni eter, čestice žive čine žuti eter, a čestice sumpora čine plavi eter. Preostale boje nastaju miješanjem crvene, žute i plave. Eterične čestice prianjaju na odgovarajuće čestice na površini predmeta i uzrokuju njihovu vibraciju različitim intenzitetom. Dio pokreta se tako prenosi, a preostali pokret određuje boju koju vidimo. Ako je površina objekta apsorbirala rotirajuće ili rotirajuće kretanje eteričnih čestica, oko vidi crnu boju.

Dakle, Lomonosov otkrio fizičku i hemijsku prirodu boja .

Prema ovoj teoriji, temperatura utiče na intenzitet boje, što je eksperimentalno dokazao. Ljudsko oko percipira boju zbog činjenice da kretanje eteričnih čestica, koje predmet ne apsorbira, proizvodi odgovarajući pokret na dnu oka.

Kako se razvijala talasna teorija svjetlosti, pojašnjeno je da svaka boja odgovara određenoj frekvenciji svjetlosnog vala. engleski naučnik T. Jung, koji je razvijen 1800 talasna teorija interferencije na osnovu njegove formulacije princip superpozicije talasa. Na osnovu rezultata svojih eksperimenata, prilično je precizno procijenio valnu dužinu svjetlosti u različitim rasponima boja.

Po principu interferencije (nelinearnog zbrajanja intenziteta nekoliko svetlosnih talasa), tama se može dobiti dodavanjem svetlosti sa svetlošću, odnosno međusobno gašenje svetlosti. Young je istraživao različite primjene principa interferencije i došao do zaključka da svjetlost mora putovati u talasnom kretanju. Pokazalo se da je potpuno nemoguće objasniti pojaseve interferencije sa stanovišta odliva. Takođe je izračunao prosečnu talasnu dužinu svetlosti različitih boja. Tomas Jang je to predložio boje odgovaraju talasima različitih dužina, pri čemu crveni zraci imaju najduže talase, a ljubičasti najkraći.

Sa razvojem kvantne mehanike, ideja je postala utemeljena Louis de Broglie o dualnosti talas-čestica, prema kojoj svjetlost mora istovremeno imati valna svojstva, što objašnjava njenu sposobnost difrakcije i interferencije, i korpuskularna svojstva koja objašnjavaju njenu apsorpciju i emisiju.

Za potpuno razumevanje esencije boje okrenimo se koncept elektromagnetnog zračenja , odnosno na poremećaj elektromagnetnog polja koje se širi u prostoru. Elektromagnetno zračenje se obično dijeli na frekvencijske opsege, između kojih nema oštrih prijelaza - granice su proizvoljne. Na slici 2 prikazan je puni spektar elektromagnetnog zračenja, stepenovan opadajućom frekvencijom: radio talasi (počev od ultradugih), infracrveno zračenje, vidljivo svetlo, ultraljubičasto, rendgensko i gama zračenje.

Slika 2 - Puni spektar elektromagnetnog zračenja

U općem spektru elektromagnetnog zračenja vidljivo zračenje čini veoma mali procenat.

Kada sastavljate buket, morate obratiti pažnju ne samo na set cvijeća i ukrasnih elemenata, značenje cvijeta, već i na to kako će izgledati u različitim osvjetljenjima i kako shema boja utječe na osobu.

I. Newton je 1666. godine, koristeći sunčevu zraku i prizmu, odredio spektar boja. Crvena, narandžasta, žuta, zelena, plava, indigo i ljubičasta su boje koje čine bijelo svjetlo. Drugim riječima, svjetlost je područje elektromagnetnog zračenja (elektromagnetne energije) vidljivo ljudskom oku. Kao što znamo iz škole, zračenje dolazi iz glavnog izvora - Sunca i dijeli se na infracrvene, ultraljubičaste i vidljive valove. Posljednja vrsta zračenja je bijela svjetlost koju vidimo.

Njutnov spektar boja

Počevši od starogrčkih naučnika, ljudi su pokušavali da pronađu odgovor na pitanja „šta je svetlost?“, „odakle dolazi?“ i "kako se širi?" U naše vrijeme, kada naučnici imaju mnogo više mogućnosti od Newtona i drugih, nauka govori o dualnosti prirode svjetlosti. Prodirući kroz rupu, ponaša se kao val, a kada udari, na primjer, u metalnu površinu, ponaša se kao čestica - foton - bombardirajući ovu površinu.

Svetlosni talasi

Pod valom se podrazumijeva dio oscilacije koji ima translacijsko kretanje. Mogu se različito lomiti i uzrokovati različite senzacije boja. Zavisi od njihove dužine.

Svjetlosni tok, po dolasku do površine tijela, dijeli se na tri dijela: reflektiran, propušten i apsorbovan.

Tijela mogu biti prozirna ili neprozirna. Samo prozirna tela imaju tendenciju da reflektuju, apsorbuju i prenose svetlost kroz sebe. Boju objekta određujemo nakon što naše oko otkrije interakciju svjetlosti i objekta, što ovisi o valnoj dužini reflektirane svjetlosti. Bijeli list je bijel jer odražava sve boje, zelena će odražavati uglavnom zelene boje, plava će odražavati plavu, itd. Ako predmet upija sve boje, onda ga oko percipira kao crno.

Neki od ljubičastih, plavih, cijan zraka se zadržavaju i raspršuju u zraku. Kao rezultat, vidimo plavo nebo i ružičasti snijeg na planinskim vrhovima.

Refleksija može biti zrcalna (ugao refleksije snopa je isti kao i upadni) i difuzija, pri čemu snop refleksije može biti različit. Površine s kojima osoba dolazi u kontakt reflektiraju zrake dijelom zrcalno, a dijelom difuzno. Sjajne i sjajne površine daju jasan zrcalni odsjaj boje, dok mat i hrapave površine karakteriše difuzija. Zbog toga oko vidi manje jasno prikazan izvor svjetlosti.

Izvori svjetlosti

Prirodno

Prirodno, Sunce i druge komponente Kosmosa. Ali vidimo sjaj planeta, zvijezda i Mjeseca iskrivljen zbog atmosfere.

Veštačko

Veštačko. To uključuje različite vrste lampi, lasera, itd. Kada se predmet osvijetli konvencionalnom žarnom niti, on dobija toplu žućkastu nijansu (volframova nit se zagrijava do žute boje). Upotreba fluorescentnih lampi poznata je po svom hladnom sjaju (emituju pretežno ultraljubičasto svjetlo, a vidljivi spektar se sastoji od ljubičaste, plave i zelene, a toplotnog zračenja je vrlo malo). Halogene sijalice se sastoje i od volframove niti, para halogena koji nisu u vakuumu (za razliku od zastarelih Iljičevih sijalica). Boje u ovoj rasvjeti postaju svjetlije, bogatije i vedrije.

Laser

Najkorisniji izvor svjetlosti je laser. U laserskoj cijevi, fotoni se oslobađaju iz atoma pod utjecajem električne energije. Iz njega lete u obliku uskog snopa svjetlosti ili nekog drugog oblika elektromagnetnog zračenja. Zavisi od supstance koja se koristi za proizvodnju fotona.

Svakodnevno se čovjek suočava sa brojnim faktorima okoline koji na njega utiču. Jedan takav faktor koji ima snažan uticaj je boja. Poznato je da boju čovjek može vidjeti samo na svjetlu, a u mraku ne vidimo boje. Svetlosne talase opaža ljudsko oko. Predmete vidimo zato što reflektuju svetlost i zato što naše oko može da percipira te reflektovane zrake. Zraci sunčeve ili električne svjetlosti – svjetlosni valovi u ljudskom vidnom aparatu pretvaraju se u osjet. Ova transformacija se odvija u tri faze: fizički, fiziološki, psihološki.

Fizički– emisija svetlosti; fiziološki– uticaj boje na oko i njena transformacija u nervne impulse koji idu do ljudskog mozga; psihološki– percepcija boja.

Fizička faza formiranja vizualne percepcije sastoji se u transformaciji energije vidljivog zračenja raznim medijima u energiju modificiranog radijacijskog fluksa i proučava se od strane fizike.

Vidljivo zračenje se naziva svjetlošću. Svetlost je vidljivi deo elektromagnetnog spektra; to je poseban slučaj elektromagnetnog zračenja . Fizičari se šale da je svjetlost najmračnije mjesto u fizici. Svetlost ima dvostruku prirodu: kada se širi, ponaša se kao talas, a kada se apsorbuje i emituje, ponaša se kao mlaz čestica. Dakle, svjetlost pripada prostoru, a boja pripada objektu. Boja je osjećaj koji se javlja u ljudskom organu vida kada je izložen svjetlosti. .

U nauci o bojama, uobičajeno je da se svetlost posmatra kao kretanje elektromagnetnog talasa. U području vidljivog zračenja, svaka talasna dužina odgovara osjećaju boje.

Postoji sedam osnovnih boja u spektru bijele sunčeve svjetlosti: crvena, narandžasta, žuta, zelena, plava, indigo i ljubičasta. Oko prosječnog posmatrača može razlikovati oko 120 boja u spektru bijele svjetlosti. Radi praktičnosti označavanja boja, uobičajeno je podijeliti spektar optičkog zračenja u tri zone:

Duga talasna dužina - od crvene do narandžaste;

Srednji talas - od narandžaste do plave;

Kratka talasna dužina - od plave do ljubičaste.

Ova podjela je opravdana kvalitativnim razlikama između boja uključenih u različita područja spektra. Svaku boju spektra karakteriše sopstvena talasna dužina (tabela 1), tj. može se precizno odrediti talasnom dužinom ili frekvencijom vibracije. Najkraći talasi su ljubičasti, a najduži crveni. Svetlosni talasi sami po sebi nemaju boju. Boja se pojavljuje samo kada te valove percipira ljudski vizualni aparat.

Oko može da percipira talase dužine od 400 do 700 nanometara (nanometar je milijardni deo metra, jedinica mere za dužinu svetlosnih talasa).

Tabela 1. Korespondencija opsega talasnih dužina senzacijama boja

Na obje strane vidljivog dijela spektra nalaze se ultraljubičasta i infracrvena područja, koje ljudsko oko ne percipira, ali se mogu detektovati posebnom opremom (tabela 2). Kamere za noćno gledanje rade koristeći infracrveno zračenje, a ultraljubičasto zračenje, iako nevidljivo ljudskom oku, može uzrokovati značajna oštećenja vida. Brzina širenja svih vrsta talasa elektromagnetnih oscilacija je približno 300.000 km/s.

Tabela 2. Vrste elektromagnetnog zračenja

Svetlosni talasi ulaze u retinu oka, gde ih percipiraju receptori osetljivi na svetlost koji prenose signale u mozak i tamo se formira osećaj boje. Ovaj osećaj zavisi od talasne dužine i intenziteta zračenja. A svi predmeti koji nas okružuju mogu ili emitovati svjetlost (boju), ili reflektirati ili prenijeti svjetlost koja pada na njih djelomično ili u potpunosti.

Na primjer, ako je trava zelena, to znači da od cijelog raspona valova reflektira uglavnom valove zelenog dijela spektra, a apsorbira ostatak. Kada kažemo "ova šolja je crvena", ono što zaista mislimo je da apsorbuje sve svetlosne zrake osim crvenih. Sama šolja nema boju, boja se stvara njenim osvetljenjem. Dakle, crvena čaša reflektuje uglavnom talase crvenog dela spektra. Ako kažemo da predmet ima boju, to znači da u stvari ovaj predmet (ili njegova površina) ima svojstvo reflektiranja valova određene dužine, a reflektirana svjetlost se percipira kao boja objekta. Ako predmet potpuno blokira upadnu svjetlost, izgledat će nam crno, a ako reflektira sve upadne zrake, izgledat će bijelo. Istina, posljednja izjava bit će istinita samo ako je svjetlo bijelo, neobojeno. Ako svjetlost dobije bilo koju nijansu, tada će reflektirajuća površina imati istu nijansu. To se može primijetiti pri zalasku sunca, koji sve okolo boji grimiznim tonovima, ili u sumrak zimske večeri, kada snijeg izgleda plavo. Eksperiment sa upotrebom obojenih boja prilično je radoznalo opisao I. Itten u svojoj knjizi „Umetnost boje“.

Još uvijek nije u potpunosti poznato kako vizualni aparat prepoznaje ove valove. Sve što znamo je da su različite boje rezultat kvantitativnih razlika u osjetljivosti na svjetlost.

U ovom kontekstu, logično bi bilo prisjetiti se još jedne definicije boje. Boja je različit broj vibracija svjetlosnih valova iz datog izvora svjetlosti, koje naše oko percipira u obliku određenih osjeta, koje nazivamo bojom. .

Osjećaj boje nastaje kada u boji prevladavaju valovi određene dužine. Ali ako je intenzitet svih valova isti, tada se boja percipira kao bijela ili siva. Predmet koji ne emituje talase percipira se kao crn. U tom smislu, svi vizualni osjećaji boje podijeljeni su u dvije grupe: hromatske i ahromatske.

Bijela, crna i sve sive boje nazivaju se ahromatskim.. Njihov spektar uključuje zrake svih talasnih dužina podjednako. Ako prevladava jedna valna dužina, tada ova boja postaje kromatska. Kromatske boje uključuju sve spektralne i druge prirodne boje. .

2.2. Osnovne karakteristike boje

Za nedvosmisleno definiranje (specificiranje) boje često se koristi sistem psihofizičkih karakteristika. To uključuje sljedeće karakteristike:

ton boje,

Lakoća;

Saturation.

Ton boje - kvaliteta boje koja joj omogućava da se imenuje (na primjer, crvena, plava, itd.) . Zanimljivo je da neuvježbano oko može razlikovati do 180 nijansi boja na dnevnom svjetlu, dok razvijeno ljudsko oko može razlikovati oko 360 nijansi boja. Ahromatske boje nemaju nijansu.

Svetlost je stepen u kome se data boja razlikuje od crne.. U spektralnim bojama, žuta je najsvetlija boja, a ljubičasta najtamnija. Unutar jednog tona boje, stepen svetlosti zavisi od upotrebe bele. Lakoća je stepen svojstven i hromatskim i ahromatskim bojama . Nijanse iste boje različite svjetline nazivaju se jednobojnim .

Zasićenost je stepen razlike između hromatske boje i ahromatske boje jednake svetlosti. Dakle, ako se čista spektralna boja, na primjer crvena, uzme kao 100%, onda kada se miješa 70% crvene i 30% bijele, zasićenost rezultirajuće smjese bit će 70%. Stepen percepcije boja zavisi od zasićenosti.

Boje spektra su najzasićenije, pri čemu je najzasićenija ljubičasta, a najmanje zasićena žuta.

Ahromatske boje se mogu nazvati bojama nulte zasićenosti.

Uvježbano ljudsko oko može razlikovati oko 25 nijansi boja po zasićenosti, od 65 nijansi po svjetlini u uvjetima jakog osvjetljenja i do 20 nijansi u uvjetima slabog osvjetljenja.

Odgovarajući i neprikladni kvaliteti boje. Boja, nijansa, svetlost, zasićenost nazivaju se unutrašnjim kvalitetima boje. Vlastiti kvalitete su one osobine koje su mu objektivno svojstvene.

Neprikladne osobine nisu objektivno svojstvene cvijeću, već nastaju kao rezultat emocionalne reakcije kada se percipiraju. Kažemo da su boje tople i hladne, lagane i teške, dosadne i zvučne, izbočene i povučene, meke i tvrde. Ove karakteristike su važne za umjetnika, jer se kroz njih pojačava ekspresivnost i emocionalno raspoloženje djela.

Promjena volumena slike ovisi o zasićenosti boja (slika 1.) Aktivno zasićene boje čine sliku obimnijom od slabo zasićenih ili zatamnjenih boja. Izbjeljivanje i zatamnjenje ne samo da smanjuju aktivnost boje, već i slabe kontraste boja između mrlja. Jednobojna slika, baš kao i zasićena, sposobna je aktivno prenijeti volumen blizu akromatske verzije.

Rice. 1. Promjena jačine slike ovisno o zasićenosti boja:

a – optimalno zasićene boje; b – slabo zasićene (posvijetljene) boje; c – ahromatska verzija; d – slabo zasićene (zatamnjene) boje; d – jednobojna slika objekta, reljef, volumen i emocionalno raspoloženje kompozicije. Kada koristite slabo zasićene boje (naglašene ili zatamnjene), jačina će se osjetiti manje nego kada koristite zasićene boje.