Luce e colore in natura. Luce e colore: le basi. Rifrazione e dispersione della luce
Kotov Pavel, studente 11 A classe MBOU "Scuola secondaria n. 11" IMRSC
L'articolo - messaggio presenta una descrizione di interessanti fenomeni naturali associati alla rifrazione della luce
, che è stato preparato per la lezione.
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Anteprima:
LUCE E COLORE NELLA NATURA
Pubblicazione:
Lavoro di uno studente di grado 11 - A
MBOU "Scuola Secondaria N. 11"
Kotova Pavel
Messaggio per la lezione, presentazione, videoclip sull'argomento
introduzione
Sull'argomento proposto dall'insegnante ho trovato tante cose interessanti per me, tante cose inaspettate, ad esempio, riguardo"Fantasma Spezzato" di cui non avevo mai sentito parlare prima, che ho deciso di raccontare tutto ai miei compagni, senza ripetizioni, in classe. La presentazione non riflette la bellezza dei fenomeni che mi hanno stupito e che sono spiegati dalle leggi comprensibili della fisica, quindi ho selezionato diversi videoclip interessanti per accompagnare il mio messaggio.
- http://www.youtube.com/watch?v=ZsyZFbsiKG0 Fenomeno naturale misterioso - Halo
- http://www.youtube.com/watch?v=YqAw8CTJkbI Halo - ARCOBALENO intorno al SOLE! Stati Uniti, Orlando
- http://www.youtube.com/watch?v=TRuXgvU0_Vs Fenomeno naturale – Alone
- http://www.youtube.com/watch?v=t-U4bnphTqw Un fenomeno insolito nel cielo sopra Novokuznetsk
- http://www.youtube.com/watch?v=FkNWSjPR_fs Fenomeno naturale - Proiezione di una croce nel cielo
- http://www.youtube.com/watch?v=Dv-jjjbwNZI Gloria è un fenomeno ottico tra le nuvole.
- http://www.youtube.com/watch?v=Ix5nydC0maY Factomania Numero 41 - Mattina
- Gloria
- http://www.youtube.com/watch?v=LmxX0a6iZYQ Brocken Ghost su At-Bash
- http://www.youtube.com/watch?v=xrypsgJSOS4&index=3&list=PLEC-4i2P-XFrnbMYN4ez87ZvaJ6yIxQG2 Spettro di Brocken su Sgorr Dhonuill
- http://www.youtube.com/watch?v=0I83USDoX6I Super arcobaleno su Kaluga.
- http://www.youtube.com/watch?v=J_PqmnJgBcQ arcobaleno verticale al Kailash
- http://www.youtube.com/watch?v=fn9ynUatjss Il triplo arcobaleno esiste ancora
Uno spettacolo del genere non ha lasciato nessuno indifferente! Penso che non solo io, ma anche gli altri abbiano giurato a se stessi che avrebbero visto questi fenomeni naturali e che sarei diventato quella persona felice che avrebbe visto tutto questo con i miei occhi! Per alcuni, tutta la vita passerà e non vedranno nulla di simile con i propri occhi, ignari del mondo meraviglioso e sorprendente in cui vivono.
E ora un po' di teoria, che ho ritenuto necessario fornire ai miei compagni di classe. Ho mantenuto nel testo tutti i riferimenti alla fonte originale.
Minimo teorico
La possibilità della decomposizione della luce fu scoperta per la prima volta da Isaac Newton. Uno stretto raggio di luce, passato attraverso un prisma di vetro, veniva rifratto e formava una striscia multicolore sul muro: uno spettro.
In base alle caratteristiche del colore, lo spettro può essere diviso in due parti. Una parte comprende i colori rosso, arancione, giallo e giallo-verde, l'altra verde, blu, indaco e viola.
Le lunghezze d'onda dei raggi dello spettro visibile sono diverse: da 380 a 760 mmk . Oltre la parte visibile dello spettro c'è la parte invisibile. Parti dello spettro con lunghezze d'onda superiori a 780 mmk chiamato infrarosso o termico. Sono facilmente rilevabili da un termometro installato in questa parte dello spettro. Parti dello spettro con lunghezze d'onda inferiori a 380 mmk chiamato ultravioletto
Riso. 1. Scomposizione spettrale di un fascio di colore
I raggi luminosi emanati da diverse sorgenti luminose hanno una composizione spettrale diversa e quindi differiscono in modo significativo nel colore. La luce di una normale lampadina elettrica è più gialla della luce solare, e la luce di una candela alla stearina o di paraffina o di una lampada a cherosene è più gialla della luce di una lampadina elettrica. Ciò si spiega con il fatto che nello spettro di un raggio di luce diurna predominano le onde corrispondenti al colore blu, e nello spettro di un raggio di una lampadina elettrica con un filamento di tungsteno e soprattutto un filamento di carbonio predominano le onde di colore rosso e arancione. Pertanto uno stesso oggetto può assumere colorazioni diverse a seconda della fonte luminosa con cui viene illuminato.
Di conseguenza, i corpi assumono diverse tonalità di colore alla luce naturale e artificiale.
Il colore di ogni oggetto dipende dalle sue proprietà fisiche, cioè dalla sua capacità di riflettere, assorbire o trasmettere i raggi luminosi. Pertanto, i raggi luminosi incidenti su una superficie si dividono in riflessi, assorbiti e trasmessi.
I corpi che riflettono o assorbono quasi completamente i raggi luminosi sono percepiti come opachi.
I corpi che trasmettono una quantità significativa di luce vengono percepiti come trasparenti (vetro).
Se una superficie o un corpo riflette o trasmette nella stessa misura tutti i raggi della parte visibile dello spettro, tale riflessione o penetrazione del flusso luminoso è detta non selettiva.
Pertanto, un oggetto appare nero se assorbe equamente quasi tutti i raggi dello spettro, e bianco se li riflette completamente.
Se guardiamo gli oggetti attraverso un vetro trasparente, vedremo il loro vero colore. Di conseguenza, il vetro incolore trasmette quasi completamente tutti i raggi colorati dello spettro, ad eccezione di una piccola quantità di luce riflessa e assorbita, che è composta anch'essa da tutti i raggi colorati dello spettro.
Se prendi un filtro blu, tutti gli oggetti dietro il vetro appariranno blu, poiché il vetro blu trasmette principalmente i raggi blu dello spettro e assorbe quasi completamente i raggi di altri colori.
Il colore di un oggetto opaco dipende anche dalla sua riflessione e dall'assorbimento di onde di diversa composizione spettrale. Quindi un oggetto appare blu se riflette solo i raggi blu e assorbe tutto il resto. Se un oggetto riflette i raggi rossi e assorbe tutti gli altri raggi dello spettro, appare rosso.
Non esiste un materiale in natura che rifletta o assorba il 100% della luce che lo colpisce, quindi non esiste né il bianco perfetto né il nero perfetto. Il colore più bianco è una polvere di solfato di bario chimicamente puro, pressata in una piastrella, che riflette il 94% della luce incidente su di essa. Il bianco di zinco è leggermente più scuro del solfato di bario; il bianco di piombo, il gesso, il bianco litoponico, la carta da lettere premium, il gesso, ecc. sono ancora più scuri. La superficie più scura è il velluto nero, che riflette circa lo 0,2% della luce.
Miscelazione dei colori.La percezione dei colori che vediamo intorno a noi è causata dall'azione sull'occhio di un complesso flusso di colori costituito da onde luminose di diversa lunghezza. Ma non abbiamo l'impressione di variegatura e multicolori, poiché l'occhio ha la capacità di mescolare vari colori. I colori vicini tra loro, visti da grande distanza, sembrano fondersi in un unico colore totale sulla retina dei nostri occhi. Questo tipo di miscelazione dei colori è chiamata congiuntivo o additivo.
Riso. 2. Ruota dei colori dei colori complementari: 1 - intervallo grande, 2 - intervallo medio, 3 - intervallo piccolo
In questo cerchio il colore complementare al rosso è verde-bluastro, all'arancione è blu, al giallo-blu, al giallo-verde-viola. In ogni coppia di colori complementari, uno appartiene sempre al gruppo dei toni caldi, l'altro al gruppo dei toni freddi.
Miscelando meccanicamente le vernici, ciò che si ottiene non è l'addizione ottica di raggi colorati sulla retina dell'occhio, ma la sottrazione al raggio bianco che illumina la nostra miscela cromatica di quei raggi che vengono assorbiti dalle particelle colorate delle vernici. Quindi, ad esempio, quando illuminato da un raggio di luce bianco su un oggetto dipinto con una miscela colorata di pigmenti blu e gialli, le particelle blu di blu di Prussia assorbiranno i raggi rossi, arancioni e gialli e le particelle di cadmio gialle assorbiranno i raggi viola, blu e raggi ciano. Rimarranno non assorbiti i raggi verdi e simili verde-bluastri e giallo-verdi, i quali, riflessi dall'oggetto, saranno percepiti dalla retina del nostro occhio.
Un esempio di miscelazione sottrattiva dei colori è un raggio di luce che passa attraverso tre vetri: giallo, ciano e magenta, posizionati uno dopo l'altro e diretti verso uno schermo bianco. Nei punti in cui due vetri si sovrappongono - magenta e giallo - otterrai una macchia rossa, gialla e ciano - verde, ciano e magenta - blu. Dove tre colori si sovrappongono contemporaneamente, apparirà una macchia nera.
L'alone di solito appare in giroSole O Luna , a volte attorno ad altri potenti, come i lampioni. Esistono molti tipi di aloni e sono causati principalmente dal ghiacciocristalli V cirri ad un'altitudine di 5-10 km negli strati superioritroposfera . Il tipo di alone dipende dalla forma e dalla disposizione dei cristalli. La luce riflessa e rifratta dai cristalli di ghiaccio è spesso scomposta in uno spettro, che dà l'aspetto dell'alonearcobaleno .
Alone di sole in cittàBrjansk
Gloria ( lat. gloria - decorazione; alone) è un fenomeno ottico nelle nuvole.
Osservato su nuvole situate direttamente di fronte alla sorgente luminosa. L'osservatore deve trovarsi sulla montagna o nell'aria e la fonte di luce (Sole O Luna ) - dietro la schiena.
Rappresenta anelli di luce colorati su una nuvola attorno all'ombra dell'osservatore. C'è un anello bluastro all'interno, rossastro all'esterno, quindi gli anelli possono ripetersi con minore intensità
Gloria si spiegadiffrazione luce precedentemente riflessa nelle goccioline di una nuvola in modo che ritorni dalla nuvola nella stessa direzione in cui è caduta, cioè verso l'osservatore.
Effetto "Fantasma Spezzato" con l'ombra di una persona, foto accesaPicco Korženevskaja , Pamir
Il fantasma di Brocken appare quando il sole splende dietro uno scalatore che guarda da una cresta o da un picco nella nebbia. L'ombra dello scalatore si muove nella nebbia, assumendo spesso bizzarre forme angolari causate dalla prospettiva. Apparente aumento della dimensione dell'ombra -Illusione Ottica , spiegato dal fatto che l'osservatore confronta la sua ombra, adagiata su nuvole relativamente vicine, con oggetti superficiali distanti visibili attraverso gli spazi tra le nuvole; o quando è impossibile navigare nella nebbia e misurare le taglie. Inoltre, le ombre cadono su gocce d'acqua situate a diverse distanze dall'occhio, il che disturbapercezione della profondità .
Il fantasma di Brocken è spesso circondato da anelli luminosi di diversi colori -Gloria . Appaiono direttamente di fronte al Sole quando la luce solare si riflette su nuvole composte da gocce d'acqua di uguali dimensioni. L'effetto è dovuto adiffrazione della luce .
Gli arcobaleni si verificano a causa del soleleggero rifratto E riflesso goccioline acqua ( piovere O nebbia ), fluttuando dentro atmosfera . Queste goccioline deviano la luce in modo diverso da diversocolori (indice di rifrazione C'è meno acqua per la luce a lunghezza d'onda più lunga (rossa) che per quella a lunghezza d'onda corta (viola), quindi la luce rossa viene deviata più debole - di 137°30', e la luce viola più forte - di 139°20'). Di conseguenzabianco la luce si decomponeallineare (accade
organismo vivente.
La percezione del colore è la reazione del corpo ad uno stimolo luminoso.
I raggi luminosi visibili e percepiti dall'uomo costituiscono solo una piccola ottava, che va da 400 a 700 nanometri (o millimicron) nella gamma di oscillazioni delle onde elettromagnetiche, che comprende successivamente: raggi cosmici, raggi radioattivi, raggi X, raggi ultravioletti, raggi luminosi (luce visibile), raggi infrarossi, onde radio ultracorti, corte, medie e lunghe.
Lo spettro visibile dei raggi comprende colori che vanno dal viola al rosso passando per il blu, il verde, il giallo e l'arancione.
In natura esistono serie naturali di sviluppo del colore dal bianco (germoglio) attraverso lo spettro dei colori visibili fino al nero (marciume). La natura stessa mette i colori in una certa serie.
L'atmosfera terrestre ci avvolge e crea un ambiente straordinario pieno di colori.
Il corpo umano, essendo parte della natura, reagisce in modo sensibile alla luce e al colore e ha una scala di percezione del colore individuale e unica.
I raggi colorati aggirano la vista e agiscono sul sistema nervoso umano; il colore rosso aumenta la circolazione sanguigna e il colore blu arresta i processi infiammatori.
L'occhio umano è un sistema ottico unico che ci dà la capacità di distinguere la dimensione, la forma, la consistenza, la lucentezza, la trasparenza, lo sfarfallio e il colore degli oggetti.
La natura della luce è tale che tutti i toni scuri sono in basso e i toni chiari in alto, il che è una conseguenza della gravità.
Nell’illuminazione normale, i nostri occhi vedono attraverso i “coni” e in condizioni di scarsa illuminazione, attraverso i “bastoncelli”. I bastoncelli ci danno l'impressione della luce e i coni ci danno il colore.
Nel mondo animale la presenza di coni e bastoncelli è distribuita diversamente. Ad esempio, le galline hanno solo coni e dormono quando il sole tramonta, mentre i gufi, al contrario, hanno solo bastoncelli e non vedono durante il giorno.
Nell'occhio umano, solo i coni si trovano al centro della retina, nella zona della fovea. La loro densità è molto alta. In un'area di 1 mm2 ci sono 50.000 coni. È questo centro il principale responsabile della misurazione del colore nei nostri occhi.
Con la visione crepuscolare, sia i coni che i bastoncelli sono coinvolti nel lavoro dell'occhio, a causa di ciò c'è un netto cambiamento nella percezione del colore ed è impossibile fornire una descrizione accurata del colore.
Nella natura vivente, il colore e la luce sono un prodotto dell'attività vitale dell'organismo nel processo del suo funzionamento.
Il bagliore degli organismi (bioluminescenza) ha uno scopo preciso: nelle meduse è una reazione all'irritazione meccanica, nei vermi “policheti” dei fondali è un segnale durante la stagione riproduttiva, calamari e gamberi espellono muco luminoso, utilizzandolo come un tenda leggera.
Oltre alle ghiandole con cellule fotogeniche che producono luce, gli animali delle profondità marine hanno speciali organi luminosi: i "fotofori". A volte i fotofori sono dotati di filtri luminosi e l'animale si illumina in modo arcobaleno.
Negli organismi viventi, quasi tutta l'energia biochimica viene convertita in luce durante l'ossidazione, mentre in una lampada a incandescenza convenzionale il 70% dell'energia viene spesa per la formazione di calore, quindi la creazione di luce artificiale è una delle aree promettenti della bionica.
Sotto l'influenza dell'energia solare, il processo di fotosintesi avviene nelle foglie delle piante, ad es. processo di formazione di sostanze organiche (zuccheri e carboidrati) a partire da sostanze inorganiche (acqua, anidride carbonica e sali minerali) ottenute dall'ambiente esterno.
Per catturare meglio la luce del giorno da parte delle piante, in natura sono state create varie disposizioni delle foglie. Questo è regolare, a spirale, a mosaico, a spirale, ecc.
La natura ha dotato molti animali della capacità di mimetizzarsi, di cambiare il loro colore esterno. Ciò consente agli animali di adattarsi al meglio nella lotta per la sopravvivenza.
Il cambiamento di colore negli animali è un processo biologico complesso che avviene sotto l'influenza di stimoli esterni, principalmente attraverso la vista. Sotto la pelle dell'animale si trovano speciali cellule elastiche chiamate “cromatofori” riempite di colorante. Al segnale dell'animale, alcuni cromatofori si allungano e altri si contraggono, provocando un cambiamento nel colore della pelle.
Sotto i cromatofori si trovano altre cellule - "iridocisti", piene di una serie di specchi e un sistema di prismi che rifrangono e decompongono la luce, grazie alla quale la pelle degli animali acquisisce una speciale lucentezza metallica.
Nel design, i colori sono generalmente accettati per fornire sicurezza e ordine nel simbolismo dei colori.
Il colore giallo è un colore di avvertimento, che significa “attenzione”.
Colore arancione: significa attenzione, "pericolo".
Il colore rosso è antincendio, “proibitivo”.
Il colore verde è permissivo, “libero”.
Il colore blu è prescrittivo, esplicativo.
Colore bianco - direzione del movimento, "libero".
In base al loro impatto psicologico su una persona, i colori si dividono in:
A) Stimolante (colori caldi), promuove l'eccitazione e agisce come irritante: rosso, carminio, cinabro, arancio, giallo.
B) Disintegrazione (colori freddi), irritazione attenuata: viola, blu, azzurro, blu-verde.
C) Pastelli (colori tenui), colori puri attenuanti.
D) Statico (colori bilanciati), che distrae dai colori eccitanti: verde, oliva, giallo-verde, viola.
E) Colori dai toni spenti che non provocano irritazione e aiutano la concentrazione - basati su grigio, bianco e nero.
E) Colori scuri caldi, stabilizzanti l'irritazione e agendo lentamente e inerte: ocra, terre marroni, marrone scuro.
G) Colori scuri freddi, che isolano e sopprimono l'irritazione: grigio scuro, nero-blu, blu scuro, verde scuro.
Il fatto che il colore sia un'onda elettromagnetica percepita dall'occhio umano e la parte visibile dello spettro, I. Newton descritto nell'opera “Ottica”. Nonostante il fatto che molto prima, il filosofo e scienziato naturale inglese Ruggero Bacone osservò anche lo spettro ottico in un bicchiere d'acqua; la prima spiegazione della radiazione visibile fu data da I. Newton. Tentativi simili di ricerca sul colore furono effettuati poco dopo Giovanni Goethe nell'opera “La teoria dei colori”, nel XVIII secolo, in Russia, di M. V. Lomonosov.
I. Newton riuscì a scomporre la luce bianca nei colori dello spettro, che fu il primo passo avanti significativo nello studio del colore.
Il principale prerequisito dello scienziato per la scoperta dello spettro era il desiderio di migliorare le lenti dei telescopi: il principale svantaggio delle immagini telescopiche era la presenza di bordi color arcobaleno.
Nel 1666, a Cambridge, effettuò un esperimento di scomposizione del colore bianco con un prisma: attraverso un piccolo foro rotondo nell'imposta della finestra, un raggio di luce penetrava in una stanza buia, e sul suo percorso appariva un prisma di vetro threedral, in quale il fascio di luce rifratto. Sullo schermo dietro il prisma apparve una striscia multicolore, in seguito chiamata spettro. Ha determinato che un raggio di luce diurna bianca è costituito da raggi di diversi colori, vale a dire: rosso, arancione, giallo, verde, blu (ciano), indaco e viola intenso.
Newton I. Ottica o trattato sulle riflessioni, rifrazioni, curvature e colori della luce. - M.: Casa editrice statale di letteratura tecnica e teorica, 1954.
Ha spiegato che la loro miscelazione è la ragione principale della varietà delle armonie cromatiche e della ricchezza dei colori della natura.
Scoprì anche che un raggio colorato, riflesso e rifratto un numero infinito di volte, rimane dello stesso colore, il che significa che il colore è una certa caratteristica stabile. Notò inoltre che quando ad un raggio colorato si aggiunge la luce bianca, questa diventa più complessa, facendo rarefare e indebolire il colore fino a scomparire completamente, formando il grigio o il bianco. Pertanto, più il colore è complesso, meno sarà pieno e intenso.
I. Newton stabilì anche che è possibile, invece, mescolando i sette colori dello spettro, ottenere nuovamente il bianco. Per fare ciò, pose nel percorso del fascio colorato (spettro) scomposto dal prisma una lente biconvessa, che sovrappone nuovamente diversi colori uno sull'altro; convergendo, formano una macchia bianca sullo schermo. Se posizioni una stretta striscia opaca davanti alla lente (nel percorso dei raggi colorati) per bloccare qualsiasi parte dello spettro, il punto sullo schermo diventerà colorato.
Lo scienziato ha anche determinato l'indice di rifrazione dei raggi di diversi colori. A tale scopo è stato praticato un foro nello schermo; Muovendo lo schermo era possibile far uscire attraverso il foro uno stretto fascio di raggi di un colore o di un altro. Un raggio così selezionato, rifratto nel secondo prisma, non era più allungato in una striscia: corrisponde a un certo indice di rifrazione, il cui valore dipende dal colore del raggio selezionato. La dipendenza dell'indice di rifrazione dal colore è chiamata “dispersione del colore” (dal latino dispergo - scatter).
Studiando la natura della luce e del colore, Newton giunse alla conclusione che i colori costanti dei corpi naturali si verificano a causa del fatto che alcuni corpi riflettono determinati tipi di raggi, altri corpi riflettono altri tipi più abbondantemente di altri 1. Le polveri colorate, come notò Newton, sopprimono e trattengono una parte molto significativa della luce con cui sono illuminate. E si colorano, riflettendo più abbondantemente la luce del proprio colore 2. Newton I. Ottica o un trattato sulle battaglie, rifrazioni, curvature e colori della luce. - M.: Casa editrice statale di letteratura tecnica e teorica, 1954. - 367 p.
Va detto che, nonostante ulteriori ricerche, questa teoria (la teoria corpuscolare della luce) non può essere considerata errata, perché il colore può davvero essere considerato come un flusso di fotoni - particelle elementari prive di massa che si muovono alla velocità della luce e hanno una carica elettrica uguale a zero. Il fotone, in quanto particella quantistica, è caratterizzato dalla dualità onda-particella, cioè dalla manifestazione delle proprietà di una particella e di un'onda allo stesso tempo. Non si può chiamare I. Newton un oppositore della teoria ondulatoria: non ha rifiutato questa idea. Newton tracciò un'analogia tra colore e suono, ritenendo che entrambi questi fenomeni fossero di natura simile, il che probabilmente anticipò la scoperta della natura elettromagnetica del suono e della luce. “Così come il suono di una campana, o di una corda musicale, o di altri corpi che suonano non è altro che un movimento oscillatorio, e nell’aria da un oggetto non si diffonde altro che questo movimento... in quest’ultimo le sensazioni di questi movimenti appaiono sotto forma di fiori”.
D'altronde, in un trattato presentato alla Royal Society nel 1675, scrive che la luce non può essere semplicemente una vibrazione dell'etere, poiché allora potrebbe, ad esempio, propagarsi attraverso un tubo curvo, come fa il suono. Ma suggerisce anche che la propagazione della luce eccita vibrazioni nell'etere, che danno origine alla diffrazione e ad altri effetti ondulatori.
Nel XVIII secolo in Russia, MV Lomonosov esplora i problemi dei fenomeni del colore e fa una serie di scoperte importanti che non sono ampiamente conosciute. Scoprì che la luce è composta da tre eteri, che scorrono dal sole e dai corpi luminosi come un fiume. Gli eteri hanno tre tipi di movimento, che lui chiamava incessante, instabile e rotante. I flussi di etere sono costituiti da tre tipi di particelle di diverse dimensioni. Di questi, le particelle di sale costituiscono l'etere rosso, le particelle di mercurio costituiscono l'etere giallo e le particelle di zolfo costituiscono l'etere blu. I restanti colori si formano mescolando rosso, giallo e blu. Le particelle eteree aderiscono a particelle adatte sulla superficie degli oggetti e li fanno vibrare con intensità variabile. Parte del movimento viene così trasmessa e il movimento rimanente determina il colore che vediamo. Se la superficie di un oggetto ha assorbito il movimento rotatorio o rotatorio di particelle eteree, l'occhio vede un colore nero.
Quindi Lomonosov scoprì la natura fisica e chimica del colore .
Secondo questa teoria, la temperatura influenza l'intensità della vernice, cosa che ha dimostrato sperimentalmente. L'occhio umano percepisce il colore per il fatto che il movimento delle particelle eteriche, non assorbite dall'oggetto, produce un movimento corrispondente nella parte inferiore dell'occhio.
Con lo sviluppo della teoria ondulatoria della luce, è stato chiarito che ogni colore corrisponde ad una determinata frequenza dell'onda luminosa. Scienziato inglese T. Jung, che si sviluppò nel 1800 teoria ondulatoria dell'interferenza in base alla sua formulazione principio di sovrapposizione delle onde. Sulla base dei risultati dei suoi esperimenti, ha stimato in modo abbastanza accurato la lunghezza d'onda della luce in varie gamme di colori.
Secondo il principio dell'interferenza (somma non lineare delle intensità di più onde luminose), l'oscurità può essere ottenuta aggiungendo luce con luce, cioè spegnendosi a vicenda. Young esplorò varie applicazioni del principio di interferenza e giunse alla conclusione che la luce deve viaggiare nel moto ondoso. Si è rivelato del tutto impossibile spiegare le bande di interferenza dal punto di vista del deflusso. Ha anche calcolato la lunghezza d'onda media della luce di diversi colori. Thomas Young lo ha suggerito i colori corrispondono a onde di diversa lunghezza, con i raggi rossi che hanno le onde più lunghe e quelli viola che hanno le onde più corte.
Con lo sviluppo della meccanica quantistica l’idea si affermò Luigi de Broglie sulla dualità onda-particella, secondo la quale la luce deve avere contemporaneamente proprietà ondulatorie, che ne spiegano la capacità di diffrazione e di interferenza, e proprietà corpuscolari, che ne spiegano l'assorbimento e l'emissione.
Per una comprensione completa essenze di colore passiamo a concetto di radiazione elettromagnetica , cioè ad una perturbazione del campo elettromagnetico che si propaga nello spazio. La radiazione elettromagnetica è solitamente divisa in intervalli di frequenza, tra i quali non esistono transizioni nette: i confini sono arbitrari. La Figura 2 mostra l'intero spettro della radiazione elettromagnetica, graduato per frequenza decrescente: onde radio (a partire da quelle ultra lunghe), radiazione infrarossa, luce visibile, ultravioletta, raggi X e radiazione gamma.
Figura 2 – Spettro completo della radiazione elettromagnetica
Nello spettro generale della radiazione elettromagnetica radiazione visibile costituisce una percentuale molto piccola.
Quando componi un bouquet, devi prestare attenzione non solo all'insieme di fiori ed elementi decorativi, al significato del fiore, ma anche a come apparirà con un'illuminazione diversa e a come la combinazione di colori influenza una persona.
I. Newton nel 1666, utilizzando un raggio di sole e un prisma, determinò lo spettro dei colori. Rosso, arancione, giallo, verde, blu, indaco e viola sono i colori che compongono la luce bianca. In altre parole, la luce è la regione della radiazione elettromagnetica (energia elettromagnetica) visibile all'occhio umano. Come sappiamo dalla scuola, la radiazione proviene dalla fonte principale: il Sole ed è divisa in onde infrarosse, ultraviolette e visibili. L'ultimo tipo di radiazione è la luce bianca che vediamo.
Lo spettro dei colori di Newton
Partendo dagli antichi scienziati greci, le persone hanno cercato di trovare la risposta alle domande “cos’è la luce?”, “da dove viene?” e “come si diffonde?” Ai nostri giorni, quando gli scienziati hanno molte più opportunità di Newton e altri, la scienza parla della dualità della natura della luce. Penetrando attraverso un foro, si comporta come un'onda e quando colpisce, ad esempio, una superficie metallica, si comporta come una particella - un fotone - che bombarda questa superficie.
Onde luminose
Un'onda è intesa come la parte di un'oscillazione che ha movimento traslatorio. Possono essere rifratti in modo diverso e causare sensazioni cromatiche diverse. Dipende dalla loro lunghezza.
Il flusso di luce, una volta raggiunto la superficie del corpo, si divide in tre parti: riflessa, trasmessa e assorbita.
I corpi possono essere trasparenti o opachi. Solo i corpi trasparenti tendono a riflettere, assorbire e trasmettere la luce attraverso se stessi. Determiniamo il colore di un oggetto dopo che il nostro occhio rileva l'interazione tra la luce e l'oggetto, che dipende dalla lunghezza d'onda della luce riflessa. Un foglio bianco è bianco perché riflette tutti i colori, il verde rifletterà principalmente i colori verdi, il blu rifletterà il blu, ecc. Se un oggetto assorbe tutti i colori, viene percepito dall'occhio come nero.
Alcuni dei raggi viola, blu e ciano vengono trattenuti e dispersi nell'aria. Di conseguenza, vediamo cieli azzurri e neve rosa sulle cime delle montagne.
La riflessione può essere speculare (l'angolo di riflessione del fascio è uguale a quello di incidenza) e diffusiva, in cui il fascio di riflessione può essere diverso. Le superfici con cui una persona entra in contatto riflettono i raggi in parte specularmente e in parte per diffusione. Le superfici lucide e lucide danno un chiaro riflesso speculare del colore, mentre le superfici opache e ruvide sono caratterizzate dalla diffusione. Ecco perché l'occhio vede una fonte di luce meno chiaramente visibile.
Fonti di luce
Naturale
Naturale: il Sole e le altre componenti del Cosmo. Ma vediamo il bagliore dei pianeti, delle stelle e della Luna distorto a causa dell'atmosfera.
Artificiale
Artificiale. Questi includono vari tipi di lampade, laser, ecc. Quando un oggetto viene illuminato con una lampada a incandescenza convenzionale, acquisisce una calda tinta giallastra (il filamento di tungsteno si riscalda fino a diventare giallo). L'uso delle lampade fluorescenti è noto per la loro luce fredda (emettono prevalentemente luce ultravioletta e lo spettro visibile è costituito da viola, blu e verde e la radiazione termica è molto scarsa). Anche le lampade alogene sono costituite da un filamento di tungsteno, una coppia di alogene che non si trovano nel vuoto (a differenza delle obsolete lampadine Ilyich). I colori in questa illuminazione diventano più luminosi, più ricchi e più allegri.
Laser
La sorgente luminosa più utile è un laser. In un tubo laser, i fotoni vengono rilasciati dagli atomi sotto l'influenza dell'elettricità. Ne volano fuori sotto forma di uno stretto raggio di luce o di qualche altra forma di radiazione elettromagnetica. Dipende dalla sostanza utilizzata per produrre i fotoni.
Ogni giorno una persona si trova ad affrontare molti fattori ambientali che la influenzano. Uno di questi fattori che ha una forte influenza è il colore. È noto che il colore può essere visto da una persona solo alla luce, al buio non vediamo alcun colore. Le onde luminose vengono percepite dall'occhio umano. Vediamo gli oggetti perché riflettono la luce e perché il nostro occhio è in grado di percepire questi raggi riflessi. Raggi di luce solare o elettrica: le onde luminose nell'apparato visivo umano vengono convertite in sensazioni. Questa trasformazione avviene in tre fasi: fisico, fisiologico, psicologico.
Fisico– emissione luminosa; fisiologico– l’effetto del colore sull’occhio e la sua trasformazione in impulsi nervosi diretti al cervello umano; psicologico– percezione del colore.
Lo stadio fisico della formazione della percezione visiva consiste nella trasformazione dell'energia della radiazione visibile mediante vari mezzi nell'energia di un flusso di radiazione modificato ed è studiata dalla fisica.
La radiazione visibile è chiamata luce. La luce è la parte visibile dello spettro elettromagnetico; è un caso speciale di radiazione elettromagnetica . I fisici scherzano dicendo che la luce è il luogo più oscuro della fisica. La luce ha una duplice natura: quando si propaga si comporta come un'onda, mentre quando viene assorbita ed emessa si comporta come un flusso di particelle. Quindi la luce appartiene allo spazio e il colore appartiene all'oggetto. Il colore è una sensazione che si verifica nell'organo della vista umano quando esposto alla luce. .
Nella scienza del colore è consuetudine considerare la luce come un movimento di onde elettromagnetiche. Nella regione della radiazione visibile, ogni lunghezza d'onda corrisponde alla sensazione di un colore.
Ci sono sette colori primari nello spettro della luce solare bianca: rosso, arancione, giallo, verde, blu, indaco e viola. L'occhio dell'osservatore medio può distinguere circa 120 colori nello spettro della luce bianca. Per comodità nella designazione dei colori, è consuetudine dividere lo spettro della radiazione ottica in tre zone:
Lunghezza d'onda lunga: dal rosso all'arancione;
Onda media: dall'arancione al blu;
Lunghezza d'onda corta: dal blu al viola.
Questa divisione è giustificata dalle differenze qualitative tra i colori compresi nelle diverse aree dello spettro. Ciascun colore dello spettro è caratterizzato da una propria lunghezza d'onda (Tabella 1), cioè può essere specificato con precisione dalla lunghezza d'onda o dalla frequenza di vibrazione. Le onde più corte sono viola, le più lunghe sono rosse. Le onde luminose stesse non hanno colore. Il colore appare solo quando queste onde vengono percepite dall'apparato visivo umano.
L'occhio può percepire onde di lunghezza compresa tra 400 e 700 nanometri (un nanometro è un miliardesimo di metro, unità di misura della lunghezza delle onde luminose).
Tabella 1. Corrispondenza delle gamme di lunghezze d'onda alle sensazioni di colore
Su entrambi i lati della parte visibile dello spettro si trovano le regioni dell'ultravioletto e dell'infrarosso, che non vengono percepite dall'occhio umano, ma possono essere rilevate da apparecchiature speciali (Tabella 2). Le telecamere per la visione notturna funzionano utilizzando la radiazione infrarossa e la radiazione ultravioletta, sebbene invisibile all'occhio umano, può causare danni significativi alla vista. La velocità di propagazione di tutti i tipi di onde di oscillazioni elettromagnetiche è di circa 300.000 km/s.
Tabella 2. Tipi di radiazioni elettromagnetiche
Le onde luminose entrano nella retina dell'occhio, dove vengono percepite dai recettori fotosensibili che trasmettono segnali al cervello, e lì si forma la sensazione del colore. Questa sensazione dipende dalla lunghezza d'onda e dall'intensità della radiazione. E tutti gli oggetti che ci circondano possono emettere luce (colore), oppure riflettere o trasmettere la luce che cade su di essi parzialmente o completamente.
Ad esempio, se l'erba è verde, significa che dell'intera gamma di onde riflette principalmente le onde della parte verde dello spettro e assorbe il resto. Quando diciamo “questa tazza è rossa”, ciò che intendiamo veramente è che assorbe tutti i raggi luminosi tranne quelli rossi. La tazza stessa non ha colore; il colore viene creato accendendola. Pertanto, la tazza rossa riflette principalmente le onde della parte rossa dello spettro. Se diciamo che un oggetto ha un colore, significa che in realtà questo oggetto (o la sua superficie) ha la proprietà di riflettere onde di una certa lunghezza, e la luce riflessa viene percepita come il colore dell'oggetto. Se un oggetto blocca completamente la luce incidente ci apparirà nero, mentre se riflette tutti i raggi incidenti ci apparirà bianco. È vero, l'ultima affermazione sarà vera solo se la luce è bianca, incolore. Se la luce acquisisce una tonalità, la superficie riflettente avrà la stessa tonalità. Lo si può osservare al tramonto, che colora tutto intorno di toni cremisi, o in una sera d'inverno al crepuscolo, quando la neve appare blu. L'esperimento con l'uso del colore colorato è descritto in modo abbastanza curioso da I. Itten nel suo libro “L'arte del colore”.
Come l'apparato visivo riconosca queste onde non è ancora del tutto noto. Tutto quello che sappiamo è che i diversi colori derivano da differenze quantitative nella sensibilità alla luce.
In questo contesto sarebbe logico richiamare un’altra definizione di colore. Il colore è un numero diverso di vibrazioni delle onde luminose provenienti da una determinata sorgente luminosa, percepite dai nostri occhi sotto forma di determinate sensazioni, che chiamiamo colore .
La sensazione del colore si crea quando nel colore predominano onde di una certa lunghezza. Ma se l'intensità di tutte le onde è la stessa, il colore viene percepito come bianco o grigio. Un oggetto che non emette onde viene percepito come nero. A questo proposito, tutte le sensazioni visive del colore sono divise in due gruppi: cromatiche e acromatiche.
Il bianco, il nero e tutti i colori grigi sono detti acromatici.. Il loro spettro comprende raggi di tutte le lunghezze d'onda equamente. Se c'è una predominanza di una lunghezza d'onda, questo colore diventa cromatico. I colori cromatici includono tutti i colori spettrali e altri colori naturali. .
2.2. Caratteristiche cromatiche fondamentali
Per definire (specificare) in modo inequivocabile il colore, viene spesso utilizzato un sistema di caratteristiche psicofisiche. Questi includono le seguenti caratteristiche:
Tonalità di colore,
Leggerezza;
Saturazione.
Tonalità di colore - la qualità di un colore che gli consente di essere nominato (ad esempio rosso, blu, ecc.) . È interessante notare che l'occhio inesperto può distinguere fino a 180 tonalità di colore in pieno giorno, mentre l'occhio umano sviluppato può distinguere circa 360 sfumature di colore. I colori acromatici non hanno tonalità.
La luminosità è il grado in cui un dato colore differisce dal nero.. Nei colori spettrali, il giallo è il colore più chiaro e il viola è il più scuro. All'interno di una tonalità di colore, il grado di luminosità dipende dall'uso del bianco. La leggerezza è un grado inerente sia ai colori cromatici che acromatici . Le tonalità dello stesso colore di diversa luminosità sono chiamate monocromatiche .
La saturazione è il grado di differenza tra un colore cromatico e un colore acromatico di uguale luminosità. Quindi, se un colore spettrale puro, ad esempio il rosso, viene preso come 100%, mescolando il 70% di rosso e il 30% di bianco, la saturazione della miscela risultante sarà del 70%. Il grado di percezione del colore dipende dalla saturazione.
I colori dello spettro sono i più saturi, il più saturo è il viola e il meno saturo il giallo.
I colori acromatici possono essere chiamati colori di saturazione zero.
Un occhio umano allenato può distinguere circa 25 tonalità di colore in base alla saturazione, da 65 tonalità in base alla luminosità in condizioni di illuminazione elevata e fino a 20 tonalità in condizioni di scarsa illuminazione.
Qualità proprie e non proprie del colore. Colore, tonalità, luminosità, saturazione sono chiamate qualità intrinseche del colore. Le proprie qualità sono quelle qualità che sono oggettivamente inerenti a lui.
Le qualità improprie non sono oggettivamente inerenti ai fiori, ma sorgono come risultato di una reazione emotiva quando vengono percepite. Diciamo che i colori sono caldi e freddi, leggeri e pesanti, opachi e sonori, sporgenti e sfuggenti, tenui e duri. Queste caratteristiche sono importanti per l'artista, poiché attraverso di esse vengono esaltate l'espressività e lo stato emotivo dell'opera.
La variazione del volume dell'immagine dipende dalla saturazione del colore (Fig. 1). I colori attivamente saturi rendono l'immagine più voluminosa rispetto ai colori debolmente saturi o scuriti. Lo sbiancamento e lo scurimento non solo riducono l'attività del colore, ma indeboliscono anche i contrasti cromatici tra le macchie. Un'immagine monocromatica, proprio come quella satura, è in grado di trasmettere attivamente un volume vicino alla versione acromatica.
Riso. 1. Modifica del volume dell'immagine in base alla saturazione del colore:
a – colori saturati in modo ottimale; b – colori debolmente saturi (schiariti); c – versione acromatica; d – colori debolmente saturi (scuriti); d – immagine monocromatica dell'oggetto, rilievo, volume e stato emotivo della composizione. Quando si utilizzano colori debolmente saturi (evidenziati o scuriti), il volume si sentirà meno rispetto a quando si utilizzano colori saturi.
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