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

10 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

37723. Подготовка изображений для WEB 3.35 MB
  Изображения в сети также важны как и в любом печатном издании. Изображения должны быть правильно отмасштабированы иметь хорошую четкость и сохранены в цветовом пространстве sRGB. Поэтому для получения хороших результатов при сайтостроительстве нужно корректно отмасштабировать изображения перед помещением их в сеть. В Интернет используются изображения с цветовым пространством sRGB.
37724. Создание Форм В INKSCAPE 874 KB
  Для этого щелкните по верхней линейке и перетащите вниз чтобы создать горизонтальную направляющую и щелкните по левой линейке и перетащите вправо чтобы создать вертикальную направляющую см. Выберите инструмент Рисовать круги эллипсы и дуги F5 и щелкните на значке Заливка в правом верхнем углу. Щелкните правой кнопкой мышки на круг и нажмите Продублировать CtrlD. Затем в окне трансформации установите 80 в поле Ширина и щелкните по кнопке pply.
37725. Создание трехмерного Текста в Inkscape 787 KB
  Выберите инструмент Создавать и править текстовые объекты F8 и введите на лист Вашу фамилию. Теперь добавим эффект перспективы к тексту и придадим трехмерность. Инструментом Выделять и трансформировать объекты F1 можно нажать пробел выделите текст и выполните команду Контуры Оконтурить объект ShiftCtrlС.
37726. ВИМІРЮВАННЯ ПАРАМЕТРІВ ІМПУЛЬСНИХ СИГНАЛІВ МЕТОДОМ ДИСКРЕТНОГО РАХУНКУ 132 KB
  ОСНОВНІ ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ Методи вимірювання частоти і інтервалів часу різноманітні. Застосовуються методи безпосереднього вимірювання методи засновані на порівнянні частоти зі зразковою частотою за допомогою осцилографа гетеродинний нульове биття і резонансний методи. Метод вимірювання Вхідний сигнал В Відносна нестабільність частоти кварцового ген. Похибка вимірювання частоти Електродинамічний логометричний частотомір 36 127 220 __  1.
37727. Программирование на ассемблере MASM32. Изучение среды разработки RADasm и отладчика OllyDbg 584.5 KB
  Они необходимы программе для обработки и хранения в памяти команд и данных а также получения информации о собственном текущем состоянии и состоянии процессора.1: пространство адресуемой памяти до 2х в 32й степени байт 4 Гбайт для Pentium II и выше до 2х в 36 степени байт 64 Гбайт; регистры для хранения данных общего назначения; сегментные регистры; регистры состояния и управления; регистры устройства вычислений с плавающей запятой сопроцессора; набор регистров целочисленного MMXрасширения отображенных на регистры...
37728. Исследование линейных электрических цепей постоянного тока 309.11 KB
  1 ток в цепи и падения напряжения на участках цепи определяются по закону Ома: Разветвленная цепь с одним источником э. Сущность метода наложения основывается на принципе суперпозиции заключающегося в том что ток в отдельной ветви линейной разветвленной цепи равен алгебраической сумме...
37729. ИССЛЕДОВАНИЕ РАЗВЕТВЛЕНОЙ ЛИНЕЙНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА 48 KB
  1 за точные то абсолютная погрешность метода эквивалентного генератора таб.4 по сравнению с этими данными для тока I3 составляет 14 мА а абсолютная погрешность при использовании принципа наложения таб.3 мА так как данный ток будет течь в противоположную сторону по сравнении с указанным на схеме при включенном Е2 абсолютная погрешность составляет 34. Таким образом общая абсолютная погрешность для тока I3 составит 3.
37730. Изучение законов равноускоренного движения 232 KB
  Цель работы: изучение динамики поступательного движения связанной системы тел с учетом силы трения; оценка силы трения как источника систематической погрешности при определении ускорения свободного падения на лабораторной установке. Ускорение свободного падения можно найти с помощью простого опыта: бросить тело с известной высоты и измерить время падения я затем из формулы вычислить . Основная задача которая стоит перед экспериментатором при определении ускорения свободного падения описываемым методом состоит в выборе оптимального...
37731. Определение средней длинны свободного пробега и эффективного диаметра молекул воздуха 137.5 KB
  Краткое теоретическое обоснование методики измерений Основное уравнение динамики твёрдого тела вращающегося вокруг неподвижной оси имеет вид: 1 Где момент импульса вращающегося тела; момент его инерции относительно оси вращения; угловая скорость вращения и момент силы....