38877

Природа света и цвета

Лекция

Физика

Согласно научному определению, «свет – это электромагнитное излучение» или энергия, которая распространяется в пространстве с одинаковой скоростью под действием природного или искусственного источника света (солнца, лампы накаливания и др.). Эта энергия рассматривается в физике как электромагнитные волны, которые отличаются по своей длине.

Русский

2014-03-31

5.75 MB

7 чел.

Природа света и цвета

Отношение света к цвету

Согласно научному определению, «свет – это электромагнитное излучение» или энергия, которая распространяется в пространстве с одинаковой скоростью под действием природного или искусственного источника света (солнца, лампы накаливания и др.). Эта энергия рассматривается в физике как электромагнитные волны, которые отличаются по своей длине. В зависимости от длины волны световое излучение делится на:

  •  видимое глазом человека (цветовой спектр) от 390 до 800 нанометров или миллимикрон (1нм - 10-9  м, т.е. миллиардная доля метра);
  •  невидимое (недоступное) для восприятия человека):

а) ультрафиолетовое излучение (до 390 нм);

б) инфракрасное излучение (более 780 нм).

в) неатмосферное излучение.

Через земную атмосферу проникают видимые и невидимые излучения света. Лучи, не проходящие через атмосферу, опасны для биологических объектов (в том числе и для человека) и поэтому их отсутствие создает возможность жизни на Земле. Видимую часть спектра составляет небольшой интервал цветов спектра, образованный белым светом солнца. Максимум солнечной энергии падает на область спектра от 480 до 650 нм (от теплого зеленого до красного). У более коротких и очень длинных волн света энергичность цвета резко падает. Ультрафиолетовый интервал от 390нм и менее характеризует излучение, разрушающее химические вещества и убивающие живые клетки, однако глаз частично воспринимает его из-за поглощения этих лучей хрусталиком подобно светофильтру. Инфракрасный интервал свыше 780нм не воспринимается глазом благодаря ограниченной температуре тела человека. Вообще участки света, выходящие за пределы спектра воспринимаются человеком уже не с помощью глаза, а благодаря другим органам чувств, либо вообще не воспринимаются.

Только белый свет позволяет четко распознавать цвет и форму. Однако сам он не видим глазу или слепит зрение при избытке света, тормозя процесс восприятия. Он видим только в том случае, если попадет на какой-нибудь предмет и в результате чего отражается от него. В зависимости от молекулярной структуры и пигментации предметов лучи смешиваются при испускании и распространении света, поглощаются (проникают) или отражаются от поверхности предметов. На цветовое восприятие световых лучей также влияет вид и тип поверхности предметов, от которых они отражаются:

  •  блестящие, гладкие поверхности имеют яркий отраженный свет, подобно испускаемому источнику (например, блики на глянцевых предметах);
  •  матовые и шероховатые поверхности минимально отражают падающий свет и задерживают его потоки.

Тон поверхности предмета влияет на систему отражения, преломления и поглощения света:

  •  темные – поглощают световые лучи (ощущение тяжелого, глубокого цвета);
  •  светлые - отражают световые потоки и усиливают яркость цвета (ощущение легких, пастельных нежных цветов).

Световые волны сами по себе не имеют цвета. Цвет возникает только при восприятии волн человеческим глазом при дальнейшей их переработке мозгом. Одновременное восприятие всех световых волн (спектрального пучка цветов) позволяет глазу человека ощущать белый дневной свет, а восприятие какой-либо одной волны (части спектра) вызывает хроматическое ощущение и только одного цвета. Итак, поскольку световые волны не однородны, то они образуют спектральное разнообразие цветов. Длина волн, определяющая цвета спектра, соответствует частоте колебаний в секунду (см. таблицу).

Цвет

Длина волны

(в нм)

Частота колебаний

в секунду

Красный

800-650

400-470 млрд.

Оранжевый

640-590

470-520 млрд.

Желтый

580-550

520-590 млрд.

Зеленый

530-490

590-650 млрд.

Голубой

480-460

650-700 млрд.

Синий

450-440

700-760 млрд.

Фиолетовый

430-390

760-800 млрд.

Таблица

В разное время года и время суток сочетание излучений света разнообразно, так в жаркую погоду максимум инфракрасных лучей, а в пасмурную – ультрафиолетовых. При искусственном освещении – иная пропорция этих составляющих, так в лампах накаливания доля инфракрасных лучей больше, чем ультрафиолетовых (см. схему).

Закономерности восприятия и ощущения цвета

Поскольку на длину световой волны (восприятие того или иного цвета) влияет сила источника света и условия освещения, то можно выделить следующие закономерности восприятия цвета при изменении освещения:

  •  при дневном освещении воспринимаются все цвета спектра с преобладанием холодных тонов.
  •  при вечернем освещении и в сумерках красный, зеленый, синий сохраняют свой тон, а оранжевый стремится к красному, желтый – к зеленому, голубой и фиолетовый - к синему. Усиление холодных оттенков заметно в вечернее время и нейтрализация теплых (подобное цветовосприятие при изменении предметного цвета в процессе неодинаковой физиологической работе глаза в разных условиях освещения принято называть эффектом Пуркинье).
  •  в ночном состоянии: красный, зеленый, синий – еле различимы. Так, красный переходит в черный тон, зеленый – в серый, синий – в белесый и исчезает самым последним. Уменьшение яркости цветов в ночном состоянии называют явлением Бецольда-Брюкке.
  •  при дневном солнечном освещении или ярком электрическом происходит сдвиг спектральных цветов к желтому на освещении и голубовато-фиолетовому (синему) в тенях. Подобная цветовая иллюзия называется эффектом Эбнея.

                                                                                                                            Схема

Система отношения света к цвету

Наиболее сложным по восприятию человеком и отображению художником-дизайнером является «обусловленный цвет», т.к. факторы освещения, пространственного положения и окружения изменчивы, непредсказуемы, но закономерны. Рассмотрим систему рефлексов подробнее.

Известно, что рефлексы – отраженный свет от окружающих (близко лежащих) предметов, фона. Рефлексы влияют на характер цветового взаимодействия расположенных рядом объектов восприятия, способствуя гармоничной их взаимосвязи. Система рефлексов зависит от ряда факторов: характера освещения (силы света, типа освещения и состояния световой среды); расстояния от отражаемых поверхностей и их положения относительно друг друга; типа поверхностей предметов (темная или светлая, нейтральная, матовая, блестящая, гладкая, шероховатая и др.). Однако система рефлексов, найденная в реальности и буквально перенесенная художником-дизайнером в картину (проект) может до неузнаваемости изменить форму предметов, исказить общее состояние освещения среды, тем самым, раздробив пространство и формализовав иллюзорные приемы изображения. Поэтому при использовании рефлексов в изображении необходимо постоянно сохранять соподчиненность цветов в соизмерении их со световой средой изображаемого мотива (либо идентификация цвета с реальностью, либо изменение свойств цвета для выразительной передаче предметных качеств объектов среды, либо иные трансформации цвета, определяющие задачи и цели автора). Эффектность и гармоничность изображения, выразительность мотива во многом зависит от верно найденных художником-дизайнером цветовых отношений, соизмеренных с характером освещения.

Спектр (физический опыт И. Ньютона)

В 1676 году Исаак Ньютон с помощью трехгранной призмы разложил белый солнечный свет, пропускаемый через узкую щель, на цветовой спектр. В призме луч белого цвета расслаивался на отдельные спектральные цвета, которые наглядно проектировались на белом экране. Непрерывная цветная лента состояла из семи цветов: она начиналась с красного продолжалась оранжевым, желтым, зеленым, голубым, синим, заканчивалась фиолетовым.

Спектр можно увидеть на природе в виде радуги (солнечный свет проходит через капли дождевой воды или росы под определенным углом). Если же этот спектр провести через собирательную линзу, то неизбежно все цвета вновь объединятся в белый цвет. Этот пример демонстрирует получение спектра цветов с помощью преломления солнечного луча, но существует много и других способов физического образования цвета в следующих процессах интерференции, дифракции, поляризации и флуоресценции. Итак, Ньютон изучал оптические свойства света и получал с их помощью множества сложных цветов помимо основных (спектральных).

Принцип «сложения» или объединение невещественных оптических цветов позволяет достичь белого цвета. Напротив, «вычитательный» метод при смешении вещественных цветов – красителей (пигментов) в соединении трех основных цветов дает ахроматичный или черный тон. Цвет предметов возникает при поглощение волн, например, красный предмет поглощает все остальные цвета спектра и отражает только красный. Если красный предмет осветить зеленым светом, то он будет восприниматься черным, т.к. зеленый свет не содержит в своем составе красный (о практическом значении видов смешения цвета подробнее узнаем в следующих главах).

Итак, цвета не существует в природе, т.к. цвет – это ощущение человека, возникающее под воздействием света. Ощущение же цвета зависит от ряда причин:

  •  «Объективных причин»: характера освещения (время суток и время года, состояние природы, погода, вид пространства, наличие красящих веществ у художника-проектировщика и др.);
  •  «Субъективных причин»: состояние зрительного аппарата (здоров ли глаз, характер протекания цветоощущения, врожденная или приобретенная природа нарушений цветовосприятия). Например, дальтонизм – врожденная цветовая слепота; индивидуальный характер цветоощущения (различная чувствительность глаза к тонким цветовым нюансам); старческое помутнение роговицы или внутриглазной жидкости, пожелтевший хрусталик, повышение внутриглазного давления, недостаток витамина «А» (видение натуры в смещенном цветовом тоне).

Миронова Л.Н. рассматривает цвет как свет, «претерпевший столкновение и взаимодействия с материальными телами, в том числе с органами зрения». Таким образом, цветовой образ формируется в результате работы психических процессов при первоначальном воздействии светового раздражителя на зрительные анализаторы, т.е. глаз человека. Рассмотрим подробнее этот вопрос в следующей теме.


Прямой свет
или первичное

излучение (источники света)

Отраженный свет 

или вторичное излучение

Устойчивый цвет 

светового потока

словный неустойчивый цвет

от предметов (тел)

Природный свет

(естественные источники света)

солнце – белый;

восход солнца – голубовато-розовый;

закат солнца – красный;

рассеянное дневное освещение –

голубой;

огонь, пламя свечи, костра –

оранжевый

Искусственный свет

оттенки желтого цвета

Предметный окальный) цвет -

определен природой и выступает как признак предмета, зависящего от особенностей восприятия человека (физиология глаза), условий трактовки образа художником

Обусловленный цвет

измененный цвет предмета под воздействием «случайных факторов»:

  •  освещения;
  •  пространственного расстояния до объекта;
  •  окружения (система рефлексов)


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

43238. Дробильно-сортировочное предприятие 2.85 MB
  Передняя ходовая тележка состоит из собственной рамы, прицепного устройства, предназначенного для соединения с тягачом, рессор, оси с установленными на ней пневмоколесами. Соединение тележки с рамой агрегата осуществляется с помощью приваренной к раме цапфы, которую вставляют в центральное отверстие опорного основания тележки и крепят ригелем. Конструкция цапфы и ригеля позволяет транспортировать агрегат седельным тягачом. Задняя тележка прикреплена к раме агрегата с помощью подвесок.
43239. Определение нутриентного состава пищевых продуктов 540.5 KB
  В связи с этим в последние годы, к сожалению, безопасность человека в наибольшей степени определяется чистотой и доброкачественностью пищевых продуктов, алкогольных и безалкогольных напитков, так как многие вредные загрязнители обладают канцерогенными, мутагенными, тератогенными и иммуноугнетающими действиями.
43240. Разработка технологического процесса крышки подшипника 600.5 KB
  Служебное назначение детали и основные технические требования Конструкторский контроль чертежа детали. Анализ технических условий детали Анализ технологичности конструкции детали
43241. Расчет и проектирование сварной металлоконструкции мостового крана 228.5 KB
  В настоящее время крановые конструкции изготавливаются в форме балочных систем, хотя раньше применяли фермы (было распространено в промышленности). Проектирование фермы начинается с выбора её рациональной системы. Система фермы зависит от назначения, основных требований к эксплуатации и общей компоновки конструкции. Часто рациональная система определяется на основе опытного проектирования, сравнения нескольких вариантов и выбора оптимального решения. В данной работе я произвожу расчет и проектирование конструкции мостового крана.
43242. Проектирование и исследование механизма качающегося контейнера 693 KB
  Курсовое проектирование имеет большое значение в развитии навыков самостоятельной творческой работы студентов, так как прививает им навыки научно-исследовательской работы, рационализации, изобретательства, пользования справочной литературой, ГОСТами, нормами, таблицами и номограммами, а также навыки производства расчетов и составления расчетно-пояснительных записок к проектам, их графического исполнения на чертежных листах с соблюдением всех положений, регламентируемых стандартом.
43243. Проектирование одноосного гироскопического стабилизатора на безе чувствительного элемента заданного типа 1.98 MB
  Качка основания Частота вибраций Гц Угловое движение Расположение оси стабилизации Частота Гц Амплитуда град. 2 частотами и амплитудами происходит вокруг осей отмеченных символом x; ось стабилизации расположена параллельно оси указанной в табл. ВВЕДЕНИЕ Системы гироскопической стабилизации различных видов применяются в навигационных устройствах и системах управления кораблей и ЛА а также в системах ориентации антенн телескопов и других приборов установленных на движущихся объектах.
43244. Процесс синхронизации телевизора LG и компьютера 2.36 MB
  Данное напряжение получается в схеме платы сопряжения из питающего напряжения 5Вольт логических элементов микросхем. Сторона элементов В таблице 4 отразим перечень элементов используемых в разработанной плате сопряжения ПК с телевизором. Таблица 4 Перечень элементов схемы электрической принципиальной сопряжения ПК с телевизором Поз. РАСЧЕТ НАДЕЖНОСТИ Расчет надежности чаще всего сводится к определению числовых значений наработки на отказ Т0 и вероятности безотказной работы Рt по известным интенсивностям отказов элементов.
43245. Расчёт ПОТС и ЦРБ 605.5 KB
  Техническая служба ГПС включает систему управленческих, производственно-технических и оперативных подразделений, организуемых в целях технического и материального обеспечения оперативно-служебной и хозяйственной деятельности пожарной охраны.
43246. Проектирование технологического процесса изготовления детали типа «корпус редуктора» в условиях крупносерийного производства 1.25 MB
  Курсовой проект является большой самостоятельной работой будущего технолога, направленной на решение конкретных задач в области совершенствования технологии, организации производства и улучшение технико-экономических показателей работы участка. Наряду с этим курсовое проектирование закрепляет умение студента пользоваться справочной литературой, ГОСТами, таблицами, номограммами, нормами и расценками умело, сочетая справочные данные с теоретическими знаниями, полученными в процессе изучения курса. Проект закрепляет, углубляет и обобщает знания, полученные студентами во время лекционных и практических знаний.