Чим визначається колір світлової хвилі. Довжина хвилі

Що таке цвіт.Насамперед, необхідно визначити, що таке колір. За ті роки, що існує наука про колір давалися численні оцінки феномену кольору і колірного бачення, проте всі з них можна звести до одного простого визначення: колір є сукупність психофізіологічних реакцій людини на світлове випромінювання, що виходить від різних предметів, що самосвітяться (джерел світла) або відбите від поверхні предметів, що не самосвітяться, а також (у разі прозорих середовищ) минуле через них. Таким чином, людина має можливість бачити навколишні предмети і сприймати їх кольоровими за рахунок світла - поняття фізичного світу, але сам колір вже не є поняттям фізики, оскільки це є суб'єктивне відчуття, яке народжується в нашій свідомості під дією світла.

Дуже точне та ємне визначення кольору дали Джадд та Вишецький: « . . . сам собою колір не зводиться до суто фізичним чи суто психологічним явищам. Він є характеристикою світлової енергії (фізика) через посередництво зорового сприйняття (психологія)».

З погляду фізики світло являє собою один з видів електромагнітного випромінювання, що випромінюється світними тілами, а також виникає в результаті низки хімічних реакцій. Це електромагнітне випромінювання має хвильову природу, тобто. поширюється у просторі у вигляді періодичних коливань (хвиль), що здійснюються ним з певною амплітудою та частотою. Якщо уявити таку хвилю як графіка, то вийде синусоїда. Відстань між двома сусідніми вершинами цієї синусоїди називається довжиною хвилі і вимірюється в нанометрах (нм) і є відстанню, на яку поширюється світло за період одного коливання.

Людське око здатне сприймати (бачити) електромагнітне випромінювання тільки у вузькому діапазоні довжин хвиль, обмеженого ділянкою від 380 до 760 нм, який називається ділянкою видимих ​​довжин хвиль, що власне і становлять світло. Випромінювання до 380 і вище 760 нм ми бачимо, але можуть сприйматися нами іншими механізмами дотику (як, наприклад, інфрачервоне випромінювання) чи реєструватися спеціальними приладами (рис. 1.1).

Рис. 1.1. Спектр електромагнітних випромінювань та спектр видимого світла

Залежно від довжини хвилі, світлове випромінювання сприймається людським оком забарвленим у той чи інший колір (правильніше сказати, викликає у людини відчуття того чи іншого кольору) від фіолетового до червоного (табл. 1.1). Ця здатність визначає можливість колірного бачення людини.

Спектр як характеристика кольору.У природі випромінювання від джерел світла чи предметів рідко є монохроматичным, тобто. представленим випромінюванням лише однієї певної довжини хвилі, має досить складний спектральний склад, тобто. в ньому присутні випромінювання різних довжин хвиль. Якщо уявити цю картину як графіка, де по осі ординат буде відкладено довжина хвилі, а, по осі абсцис - інтенсивність, ми отримаємо залежність, звану колірним спектром випромінюванняабо просто спектром кольору. Для пофарбованих поверхонь спектр кольору визначається як залежність коефіцієнта відображення від довжини хвилі λ, для прозорих матеріалів - коефіцієнта пропускання від довжини хвилі, а для джерел світла - інтенсивності випромінювання від довжини хвилі. Приклади спектрів кольорів різних джерел світла і матеріалів наведені на рис. 1.2 та рис. 1.3.

Рис. 1.2. Криві спектру відображення різних фарб: смарагдової зелені, червоної кіноварі, ультрамарину.

Рис. 1.3. Приклади спектральних розподілів інтенсивностей випромінювання різних джерел світла: світло від ясного блакитного неба, середньоденне сонячне світло, світло лампи розжарювання

За формою спектральної кривої можна судити про колір випромінювання, відбитого від поверхні предмета або випущеного джерелом світла, що самосвітиться. Чим більше прагнутиме ця крива до прямої лінії, тим більше колір випромінювання здаватиметься сірим. Чим менше або більше буде амплітуда спектру, тим колір випромінювання предмета буде менш яскравим. Якщо спектр випромінювання дорівнює нулю на всьому діапазоні за винятком певної вузької його частини, ми спостерігатимемо так званий чистий спектральний колір, що відповідає монохроматичному випромінюванню, що випускається у дуже вузькому діапазоні довжин хвиль.

Феномен колірного бачення.При проведенні свого знаменитого досвіду з розкладання сонячного світла в спектр Ньютон зробив дуже важливе спостереження: незважаючи на те, що спектральні кольори плавно переходили один в одного, пробігаючи цілу масу всіляких відтінків кольорів, фактично все це різноманіття кольорів виявилося можливим звести до семи кольорів, які були названі ним первинними: червоному, жовтому, помаранчевому, жовтому, зеленому, блакитному, синьому та фіолетовому. Згодом різними дослідниками було показано, що кількість цих кольорів можна скоротити до трьох, а саме до червоного, зеленого та синього. Справді, жовтий та помаранчевий є комбінація зеленого та червоного, блакитного – зеленого та синього. Те саме стосується всіх інших колірних тонів, які можуть бути отримані комбінацією червоного, зеленого та синього кольорів, названих тому основними квітами.

Юнг і Гемгольц, які займалися дослідженнями колірного зору, припустили, що подібні явища пояснюються наявністю в апараті людського зору трьох чутливих аналізаторів, кожен з яких відповідальний за сприйняття червоного, зеленого і синього світлових випромінювань, що потрапляють в око. Пізніше це припущення отримало досить вагомі наукові підтвердження і лягло в основу трикомпонентної теорії колірного зору, яка пояснює феномен бачення кольору існуванням в оці людини трьох типів клітин, що чутливі до світла різного спектрального складу.

Ці клітини дійсно вдалося побачити в сітківці ока і оскільки під мікроскопом вони постали у вигляді округлих довгастих тіл дещо неправильної форми, їх назвали колбочками. Колбочки поділяються на три типи залежно від того, до випромінювання якого спектрального складу вони чутливі, і позначаються грецькими літерами β(бета), γ(гама) та ρ(ро). Перший тип (β) має максимум чутливості до світлових хвиль з довжиною від 400 до 500 нм (умовно «синя» складова спектру), другий (γ) – до світлових хвиль від 500 до 600 нм (умовно «зелена» складова спектру) та третій (ρ) – до світлових хвиль від 600 до 700 нм (умовно «червона» складова спектру) (рис. 1.5 б). Залежно від того, світлові хвилі якої довжини та інтенсивності присутні в спектрі світла, ті чи інші групи колб збуджуються сильніше або слабше.

	а)
	б)

Рис. 1.5. Крива відносної світлової ефективності паличок (пунктирна лінія) та колб (а) та криві спектральної чутливості колб, нормовані до одиниці (б)

Також було встановлено наявність інших клітин, які не мають чутливості до певних спектральних випромінювань і реагують на весь потік світлового випромінювання. Оскільки під мікроскопом ці клітини помітні як подовжені тіла, їх назвали паличками.

У дорослої людини налічується близько 110-125 млн. паличок та близько 6-7 млн. колб (співвідношення 1:18). Умовно кажучи, видиме нами зображення, як і зображення цифрове, дискретно. Але оскільки кількість елементів зображення дуже велика, ми цього просто не відчуваємо.

Цікаво відзначити й іншу особливість. Світлова чутливість паличок набагато вища за чутливість колбочок і тому в сутінках або вночі, коли інтенсивність випромінювання, що потрапляє в око, стає дуже низькою, колбочки перестають працювати і людина бачить тільки за рахунок паличок. Тому в цей час доби, а також в умовах низького освітлення людина перестає розрізняти кольори і світ постає перед ним у чорно-білих (похмурих) тонах. Причому світлова чутливість людського ока настільки висока, що набагато перевершує можливості більшості систем реєстрації зображення. Людське око здатне реагувати на потік світлового випромінювання близько 10 -16 Вт/см. Якби ми захотіли використовувати цю енергію для нагрівання води, то для того, щоб нагріти один кубічний сантиметр води на 1°, на це знадобився б 1 млн. років. Якщо виразити чутливість людського ока в одиницях чутливості фотоплівки, вона буде еквівалентна фотоплівці з чутливістю 15 млн. одиниць ASA.

Чутливість паличок і колб до світлового потоку залежно від довжини хвилі описується кривими спектральної чутливості людського ока (рис. 1.5 б). Для характеристики загальної спектральної чутливості людського ока до потоку світлового випромінювання використовується відносна крива світлової ефективності, або, як її ще називають, крива видимості, очі, що визначає відповідно загальну чутливість людського ока до світла з урахуванням колірного (колбочки) або світлової (палички) зору ( рис.1.5 а). Ці залежності становлять великий інтерес для фахівців, оскільки дозволяють пояснити низку відомих феноменів людського зору.

Так, за цими кривими можна бачити, що людина дуже добре здатна сприймати зелені та зелено-жовті кольори, у той час як її чутливість до синіх кольорів помітно нижча.

Ситуація дещо змінюється у сутінках, коли чутливі до яскравого світлового випромінювання колбочки починають втрачати свою ефективність і співвідношення між паличками та колбочками змінюється – максимум спектральної світлової ефективності зміщується у бік синіх випромінювань (паличковий зір).

Інша цікава особливість полягає в тому, що очне кришталику важче фокусуватися на предмети, якщо вони пофарбовані в синьо-фіолетові тони. Це пояснюється падінням спектральної чутливості ока у цих областях спектру. Тому окуляри іноді роблять не нейтрально-прозорими, а з пофарбованих у жовтий або коричневий колір шибок, які фільтрують синьо-фіолетову складову спектру.

Через те, що криві спектральної чутливості частково перекриваються, людина може мати певні труднощі при розрізненні деяких чистих кольорів. Так, через те, що крива спектральної чутливості колб типу r (умовно чутливих до червоної частини спектру) зберігає деяку чутливість в області синьо-фіолетових кольорів, нам здається, що сині та фіолетові кольори мають домішок червоного.

Впливає на сприйняття кольору та загальна світлова чутливість ока. Оскільки крива відносної світлової ефективності є гауссіану з максимумом у точці 550 нм (для денного зору), то кольори по краях спектру (сині та червоні) сприймаються нами менш яскравими, ніж кольори, що займають центральне положення в спектрі (зелений, жовтий, блакитний) .

Оскільки спектральна чутливість людського ока нерівномірна по всій області спектру, при відчутті кольору можуть виникати явища, коли два різні кольори, що мають різні спектральні розподіли, будуть здаватися однаковими за рахунок того, що викликають однакове збудження очних рецепторів. Такі кольори називаються метамерними, а описане явище – метамерією. Воно часто спостерігається, коли та чи інша забарвлена ​​поверхня розглядається нами за різних джерел освітлення, світло яких взаємодіючи з поверхнею, змінює спектр її кольору. У цьому випадку, наприклад, біла тканина може при денному світлі виглядати білою, а при штучному освітленні міняти свій відтінок. Або два предмети, що мають різні спектри відображення, і, відповідно, які повинні мати різний колір, насправді сприймається нами однаковими, оскільки викликають однозначне збудження трьох центрів ока, що відчувають. Причому, якщо ми спробуємо відтворити колір цих предметів, скажімо, на фотоплівці, яка використовує відмінний від зорового апарату людини механізм реєстрації зображення, ці два предмети швидше за все виявляться різними забарвленнями.

Рис. 1.6. Ілюстрація явища метамерії

Три колірні зразки, що мають різний спектральний коефіцієнт відображення, здаються при освітленні їх денним світлом однаковими. При відтворенні цих зразків на фотоплівці, спектральна чутливість якої відмінна від спектральної чутливості зорового апарату людини, або зміні освітлення вони змінюють свій колір і стають різнобарвними.

На використанні явища метамерії заснована вся сучасна технологія відтворення кольорового зображення: не маючи можливості в кольоровій репродукції точно повторити спектр того чи іншого кольору, що спостерігається в природних умовах, він замінюється кольором, синтезованим за допомогою певного набору фарб або випромінювачів і мають відмінний спектральний розподіл, але таким, що викликає у глядача ті ж кольорові відчуття.

Знання особливостей людського зору дуже важливе при проектуванні систем реєстрації та обробки зображення. Саме для того, щоб максимально врахувати особливості людського зору, виробники фотоматеріалів додають додаткові кольорочутливі шари, виробники принтерів - додаткові друкарські фарби і т.д. Однак ніякі вдосконалення сучасних технологій все ж таки не дозволяють створити систему відтворення зображення, яка б могла зрівнятися з апаратом людського зору.

Класифікація кольорів.Як було зазначено, залежно від довжини хвилі випромінювання світло сприймається людським оком пофарбованим у той чи інший колір від фіолетового до червоного. Світові кольори прийнято називати чистими спектральними кольорами, а визначальна їх колір характеристика називається в колориметрії тоном кольору . Колірний тон однозначно пов'язаний із довжиною хвилі і тому часто виявляється у нанометрах.

Прийнято вважати, що людське око здатне розрізнити до 150 різних тонів кольорів чистих спектральних кольорів. До цього слід додати ще 30 пурпурових кольорів, які відсутні в спектрі, але можуть бути отримані шляхом змішування синього і червоного спектральних випромінювань.

Крім чистих спектральних та чистих пурпурових кольорів також існує ряд кольорів, які називаються ахроматичнимиабо нейтральними квітами, Т. е. квітами, позбавленим забарвлення. Сюди відноситься чорний, білий і різні відтінки сірого, що лежать між ними. Відчуття цих кольорів виникає тоді, коли людське око не діє потік світлового випромінювання (чорний колір) чи навпаки, діє потік максимальної інтенсивності (білий колір). Відчуття сірого кольору виникає тоді, коли світловий потік, що впливає на око, збуджує кольорочутливі аналізатори (колбочки) в рівній мірі. Причому спектр випромінювання цього кольору не обов'язково повинен бути рівномірним (рівноенергетичним), достатньо лише, щоб він викликав однакове збудження трьох кольорів, що відчувають, овен, а сам спектр випромінювання може при цьому бути дуже нерівномірним (рис. 1.6).

Якщо змішувати чистий спектральний колір із білим чи сірим, відбуватиметься явище, коли колір почне втрачати свою чистоту і поступово переходити у білий чи сірий колір. У зв'язку з цим для характеристики кольору крім колірного тону використовують також характеристику, звану насиченістю або чистотою кольору. Насправді, чистих спектральних кольорів у природі можна зустріти не так багато, і замість них ми набагато частіше спостерігаємо кольори тією чи іншою мірою позбавлені насиченості. Вважається, що для кожного колірного тону людське око здатне розрізнити до 200 ступенів насиченості.

Характеристики колірного тону та насиченості часто поєднуються разом і називаються кольоровістю, яка може служити якісною характеристикоюсприйняття кольору.

Два однакових колірних тони можуть відрізнятися один від одного не тільки насиченістю, але і яскравістю (силою) їх випромінювань, що при характеристиці властивостей об'єктів, що не самосвітяться, прийнято характеризувати поняттям світлоти кольору. Якщо насиченість кольору можна інтерпретувати як співвідношення чистого кольору та доданого до нього білого, то світлоту можна інтерпретувати як співвідношення чистого кольору та доданого до нього чорного. У міру збільшення сили (яскравості) світлового випромінювання колір набуває різних колірних відтінків від чорного до білого. Світлона безпосередньо пов'язана з насиченістю кольору, оскільки зміна яскравості кольору часто веде до зміни його насиченості.

Якщо кольоровість може використовуватися як якісна характеристика кольору, то світло може використовуватися як кількісна оцінка кольору.

Якщо використати викреслити цей графік на поверхні прибравши координату світлоти і залишивши тільки колірний тон або колірний тон і насиченість (кольоровість), то отримаємо побудову, яку прийнято називати колірним колом (рис. 1.8), що представляє собою коло, вздовж якого розташовуються колірні тони від червоного до пурпурового. Кожен колір у колі має чисельну координату, виражену в градусах від 0° до 360°. Червоний колір починає і замикає колірне коло, відповідаючи точці 0° (360°). Помаранчевому відповідає координата 40 °, жовтому - 60 °, зеленому - 120 °, блакитному - 180 °, синьому - 240 °, пурпуровому - 300 °. Всі ці кольори, за винятком помаранчевого, який є сумішшю червоного та жовтого, виявляється розташованими на колірному колі на рівні інтервалі один від одного 60°.

Рис. 1.8. Колірний круг

Кольори, що знаходяться в кольорі один навпроти одного, називаються додатковими кольорами. Наприклад, червоний та блакитний, зелений та пурпурний, синій та жовтий тощо. Ці кольори мають низку цікавих властивостей, які використовуються в технології відтворення зображення і про які буде докладно розказано нижче.

Характеристики колірного тону, насиченості та світлоти є найбільш уживаними візуальними або, як їх ще називають, психофізичнимихарактеристиками кольору і використовуються, коли колір необхідно визначити, не вдаючись при цьому до складного математичного апарату.

Іншими засобами визначення кольору можуть служити атласи кольорів, в яких наводяться зразки фарбування кольорів на різних поверхнях і матеріалах, згруповані за певною ознакою. Такі атласи широко використовуються у поліграфії, текстильній промисловості та архітектурі. Наприклад, каталоги друкованих кольорів Pantone, зразки будівельних відтінків тощо. Кожен колір у колірному атласі має свій індекс, за яким може бути визначено його положення в атласі, а також рецептуру фарб, необхідних для її отримання

У колориметрії широко використовується колірний атлас Манселла, складений на початку ХХ століття американським художником Альбертом Манселлом. Мансел згрупував кольори за трьома координатами колірного тону (Hue), насиченості (Chroma) та світлоти (Value).

Для точного завдання того чи іншого кольору Мансел використовував спеціальну систему координат, яка позначається Hue (колірний тон), Value (світло) / Chroma (насиченість). Наприклад, червоно-пурпуровий колір позначається в атласі як 6RP4/8, де 6RP- координата кольору, що має світло 4 з насиченістю 8 .

Крім Манселла розробкою подібних колірних атласів займалися й інших дослідників. У Німеччині аналогічний колірний атлас, причому практично в той самий час, що і Манселл, розробив Оствальд. Аналогічні роботи були здійснені в Канаді, США та низці інших країн, причому часто створювалося відразу кілька національних колірних стандартів для різних галузей промисловості. У Радянському Союзі був розроблений та використовувався колірний атлас Рабкіна та атлас ВНІІМ ім. Д. І. Менделєєва.

Крім колірних атласів, були також розроблені численні системи класифікації кольорів за їх назвою. Хоча ці системи не можна назвати до кінця науково достовірними (під однією і тією ж назвою різні спостерігачі можуть розуміти різні кольори), але як доповнення до вже наявних систем класифікації кольорів вони можуть послужити хорошу службу.

Як найпростіший приклад можна навести сім назв кольорів, що описують ділянки видимого спектру і складають у всьому відому формулу для мисливця і фазана: червоний, помаранчевий, жовтий, зелений, блакитний, синій, фіолетовий.

Терміни, якими звикли оперувати художники, видаються вже набагато складнішими та, природно, численними. Якщо ми візьмемо набори фарб, що продаються в магазинах для художників, то виявимо серед назв фарб такі, як охра, кобальт, кіновар і т.д., які є загальноприйнятими термінами, які у будь-якого професійного художника асоціюватимуться з певними кольорами, хоча, безумовно , у тому, які саме кольори має на увазі під тим чи іншим найменуванням конкретна людина неминуче існувати відмінності.

Були й численні спроби розробки суворіших у науковому відношенні систем іменування кольорів. Так Мерц і Пауль створили колірний словник, що містить майже 4000 назв, з яких близько 36 представлені власними назвами, 300 є складними словами, що складаються з назви кольору та відповідного прикметника. У 1931 році Міжвідомчий комітет із кольору (ISCC) США на замовлення Фармакологічного комітету розробив систему іменованих кольорів для опису кольору пофарбованих поверхонь. Ця система охоплювала 319 позначень, основою яких було покладено назви кольорів, запропонованих Манселлом. Сюди входили назви основних тонів – «червоний» (R), «жовтий» (Y), «зелений» (G), «синій» (B), «пурпурний» (P), «оливковий» (Ol), «коричневий» (Br)та «рожевий» (Pk), - До яких для позначення додаткових кольорів додавалися прикметники "слабкий", "сильний", "світлий", "темний", а також терміни "блідий", "блискучий", "глибокий", "сутінковий", "живий".

Решта всіх систем, розроблених іншими дослідниками, будуються за подібним способом і зазвичай налічують до кількох сотень назв. Як приклад такої системи, що широко використовується в даний час в інтернет-додатках, можна навести систему з 216 кольорів, рекомендованих Інтернет-консорціумом W3C (World Wide Web Consortium) як стандартні кольори, які можна використовувати для специфікації кольору в рамках мови HTML.

Характеристика джерел світла.Оскільки випромінювання від навколишніх нас предметів і матеріалів, що потрапляє в наші очі і викликає відчуття кольору, визначається Серед різноманіття світлового випромінювання, яке в змозі сприймати людське око, особливо виділяють випромінювання, що власне випромінюється тим чи іншим джерелом, що самосвітиться, таким як сонце, лампа розжарювання , фотографічна лампа-спалах і т.д. Оскільки джерела світла відіграють дуже важливу роль при визначенні кольору предметів і матеріалів, вони були докладно вивчені та була розроблена спеціальна система їхньої класифікації, в основі якої покладено поняття колірної температури.

Як відомо, якщо нагрівати металевий предмет до високої температури, він почне випромінювати світлове випромінювання. Чим вище температура розжарення, тим інтенсивнішим буде це свічення. При цьому, залежно від температури розжарення, також змінюватиметься і його колір. Спочатку воно буде темно-червоним, потім червоним, потім оранжевим, білим. Як виявляється, це явище властиве як металу, але спостерігається при нагріванні багатьох твердих тіл з високою температурою плавлення. Саме на його використанні побудовані електричні лампи розжарювання: тонким вольфрамовим дротом пропускається електричний струм, внаслідок чого дріт нагрівається і випромінює світло. Причому колір свічення предмета може бути досить точно оцінений залежно від температури нагріву вольфраму: при нагріванні до температури в кілька сотень градусів він має червонуватий відтінок, при нагріванні до температури 1000K – оранжевий, 2000K – жовтий; свічення тіла нагрітого до кількох тисяч градусів сприймаються нами вже як біле. Світло сонця також зумовлене випромінюванням, що виникає в результаті реакцій, що протікають на його поверхні, нагрітій до температури близько 6500K. Поверхня деяких зірок має температуру понад 10000K і тому кольоровість їхнього випромінювання є блакитною (табл. 1.5). У міру зміни температури відповідним чином змінюється спектральний склад випромінювання (рис. 1.11).

Рис. 1.11. Нормовані спектральні розподіли випромінювання абсолютно чорного тіла за різних колірних температур

Оскільки характер випромінювання для більшості джерел, що самосвітяться, підпорядковується одним і тим же законам, було запропоновано використовувати температуру в якості характеристики кольоровості випромінювання. Оскільки для різних тіл в залежності від їх хімічного складу та фізичних властивостей нагрівання до заданої температури дає кілька різний спектр випромінювання, в якості еталона колірної температури використовується абсолютно абсолютно чорне тіло, яке являє собою повний випромінювач, випромінювання якого залежить тільки від його температури і не залежить від жодних інших його властивостей.

Спектр свічення абсолютно чорного тіла в залежності від температури його нагрівання можна визначити за законом Планка. Незважаючи на існуючі відмінності всі інші тіла ведуть себе при нагріванні досить схожим з ідеальним чорним тілом чином і тому використання колірної температури як характеристики кольоровості випромінювання джерел, що самосвітяться, як природних, так і штучних, виявляється виправданим для дуже великої кількості випадків. Оскільки спектральний розподіл випромінювання, і, відповідно, його кольоровість, що даються реальним тілом, рідко коли точно збігається зі спектральним розподілом і кольоровістю ідеально чорного тіла при даній колірній температурі, при характеристиці випромінювання реально існуючих тіл використовують поняття корельованої колірної температурищо означає ту колірну температуру ідеального чорного тіла, при якій кольоровість його випромінювання збігається з кольоровістю випромінювання даного тіла. При цьому спектральний склад випромінювання та фізична температура цих тіл зазвичай виявляються різними, що цілком логічно випливає з відмінності фізичних властивостей реального та ідеального чорного тіла.

Відповідно, скільки існує у світі джерел світла, що експлуатуються за різних умов, стільки існує і спектральних розподілів їх випромінювання. Так фази сонячного світла та його корелированные колірні температури змінюється у дуже широких межах залежно від географічного положення, часу доби та стану атмосфери (рис. 1.12, табл. 1.6). Те саме стосується і штучних джерел світла, наприклад ламп розжарювання, колірна температура яких змінюється в залежності від їх конструкції, робочої напруги та режиму експлуатації (табл. 1.6).

Рис. 1.12. Нормовані спектральні розподіли різних фаз денного світла: 1) світло неба в зеніті; 2) світло неба повністю покритого хмарами; 3) пряме сонячне світло опівдні; 4) пряме сонячне світло за 1 годину до заходу

Однак, незважаючи на існуючі різноманітність різних джерел світла, більшість використовуваних у промисловості та технології джерел світла можуть бути стандартизовані. Таку стандартизацію було запропоновано Міжнародною комісією з освітлення (МКО), відповідно до якої було виділено кілька так званих стандартних колориметричних випромінювачів, які були позначені латинськими літерами. A, B, C, D, Eі F(Табл. 1.7). На відміну від реальних джерел світла стандартні випромінювачі МКО описують класи джерел світла загалом, виходячи з усереднених значеннях їх спектральних розподілів. Подібна стандартизація показала свою достатню ефективність, оскільки, як виявляється, незважаючи на наявні відмінності, більшість реальних джерел світла можуть бути досить точно зіставлені з відповідними стандартними випромінювачами.

Табл. 1.7.
Стандартні колориметричні випромінювачі МКО

Поряд з колірною температурою іноді використовується її зворотна величина, що називається мірід (позначається μrd) або зворотний мікрокельвін.

Використання μrd замість шкали Кельвіна має дві переваги: ​​по-перше одна одиниця μrd приблизно відповідає помітному на око одиничному порогу зміни кольоровості світлового потоку і тому характеризувати кольоровість випромінювання у цих одиницях зручніше; по-друге μrd зручно використовувати для характеристики кольорових конверсійних та кольоробалансуючих світлофільтрів: зміна колірної температури, що забезпечується фільтром, виражена в μrd не зміниться при роботі з випромінюванням з однієї колірної температури до іншого

Наприклад, помаранчевий конверсійний фільтр 85-ї серії знижує колірну температуру середньоденного кольору з 5500K до 3400K на 2100K (112 μrd). Однак якщо його використовувати для зниження колірної температури світлового потоку з колірною температурою 4000K, зміна колірної температури, виражена в До буде не 2100K, а 7246K, а виражена в μrd не змінитися.

Додавання квітів.Отримання нового кольору шляхом змішування кількох основних кольорів визначає можливість отримання кольорового зображення у фотографії, кіно, телебаченні, поліграфії та комп'ютерної технології. Воно засноване на явище змішування діапазонів випромінювання, утворених забарвленими поверхнями або світловими випромінювачами. В результаті виходить новий колір, що має свій спектр (рис. 1.13).

Якщо, наприклад, взяти три світлові випромінювачі з червоним, зеленим і синім світлофільтрами і спроектувати їх випромінювання в одній точці на білому екрані, то ми отримаємо білу пляму. Якщо один з випромінювачів вимкнути і змішувати тільки випромінювання червоного випромінювача із зеленим, синього із зеленим і зеленого з червоним, то на екрані ми отримаємо спочатку жовтий, потім пурпуровий і потім блакитний колір. Якщо ж взяти всі три випромінювачі і змішувати їх випромінювання в різній пропорції, то ми зможемо таким чином отримати досить велику кількість кольорів та їх відтінків. Чим меншою буде різниця інтенсивності трьох випромінювачів, тим меншою буде насиченість кольору і тим більше він прагнутиме нейтрального. Якщо не змінюючи пропорції трьох випромінювань зменшити їх інтенсивність, ми отримаємо той самий колір але має меншу яскравість. У граничному разі, коли інтенсивність всіх трьох випромінювачів зменшена до нуля, ми отримаємо чорний колір.

Для випадку, коли беруться лише два основні кольори:

Насправді замість червоного, зеленого та синього ми могли б взяти будь-які кольори, але просто шляхом змішування червоного, зеленого та синього можна отримати найбільшу комбінацію кольорів. Очевидним поясненням цього факту є особливості людського зору та наявність у зоровому апараті людини трьох кольоровідчувальних рецепторів, кожен з яких є чутливим до червоних, зелених та синіх променів. Таким чином, утворення кольору за допомогою трьох випромінювачів синього, зеленого та червоного кольорів можна розглядати як спрямоване збудження трьох колірних рецепторів ока, у результаті виходить можливість викликати у глядача відчуття того чи іншого кольору.

За подібною схемою відбувається утворення кольорового зображення на екрані відео- та комп'ютерного монітора, телевізора, РКІ-проектора та інших пристроях, які для синтезу кольору використовують випромінювання трьох основних кольорів або (для пристроїв введення зображення) розкладають зображення на основні кольори.

Оскільки для отримання кольору випромінювання трьох основних кольорів змішуються (складаються), цей спосіб кольоросинтезу отримав назву адитивного (від дієслова add- Складати).

Рис. 1.13. Адитивне змішування кольорів

Малюнок ілюструє отримання адитивної суміші кольору на прикладі кольорового монітора Sony Trinitron. Випромінювання від трьох люмінофорів червоного (R), зеленого (G)та синього кольорів (B)спектральні випромінювання яких показані на малюнку, підсумовуються для кожної довжини хвилі, що дозволяє отримати колірну суміш, що відтворює в залежності від інтенсивності світіння кожного люмінофора велика кількість різних кольорів та їх відтінків. Зверніть увагу, що світло червоного люмінофора має практично лінійний спектр, що обумовлено присутністю в його складі рідкісноземельних елементів

У більшості випадків, однак, складати світлові потоки трьох випромінювачів для утворення кольору не є технологічно можливим, наприклад, у кіно, фотографії, поліграфії, текстильної та лакофарбової промисловості.

У фотографії світловий потік білого світла проходить через три барвисті шари фотоматеріалу, сформованих жовтим, пурпуровим та блакитним барвником. У поліграфії світловий потік проходить через шар жовтої, пурпурової та блакитної фарби та відбиваючись від поверхні паперу проходить у зворотному напрямку, формуючи кольорове зображення.

В результаті проходження світлового потоку білого світла через шар барвника або пігменту відбувається вибіркове поглинання частини енергії спектра випромінювання, внаслідок чого світловий потік набуває того чи іншого забарвлення.

Таким чином виходить можливим використовуючи в якості модулятора колірного випромінювання жовтий, пурпурний і блакитний барвники, що освітлюються світловим потоком білого світла, отримувати ті ж потоки червоного, зеленого і синього випромінювань, за допомогою яких можна керувати збудженням трьох центрів ока.

Рис. 1.14. Субтрактивне змішування кольорів

Малюнок ілюструє отримання субтрактивної колірної суміші на прикладі кольорової фотоплівки, що обертається, шляхом послідовного поглинання блакитним. (C), пурпурним (M)та жовтим (Y)барвниками із густиною C = 100%, M = 60%, Y = 20% випромінювання від світлового джерела денного світла (D65)у кожному інтервалі довжин хвиль. Отримуваний в результаті їх змішування колір є одним із відтінків синього. Випромінювання, отримане в результаті часткового поглинання світлового потоку субтрактивними барвниками, може в цьому випадку розглядатися як добуток спектра випромінювання джерела світла та спектрів відображення барвників

У пресі та поліграфії до трьох жовтої, пурпурової та блакитної фарб ще додається чорна. Це продиктовано, по-перше, економічними міркуваннями, оскільки дозволяє зменшити витрату більш дорогих кольорових фарб, а по-друге, дозволяє вирішити деякі принципові проблеми, що виникають у процесі триколірного друкарського друку внаслідок недосконалості друкованих фарб, спектр відображення яких на практиці не обмежується тільки жовтим. , Лише пурпурним і тільки блакитним.

Оскільки для отримання кольору світлові потоки не складаються, а світловий потік білого світла частково поглинається в результаті взаємодії з барвником, такий спосіб синтезу отримав найменування субтрактивного (від дієслова subtract- віднімати).

Вступ………………………………………………………………………… 1. Поняття колірної температури………………………………………… ….. 1.1. Таблиця числових значень колірної температури поширених джерел світла……………………………………………………………….. 1.2. Діаграма кольоровості XYZ………………………………………………….

1.3.Сонячний світло і Індекс Перенесення кольорів (CRI - colour rendering index).

2. Методи вимірювання колірної температури………………………………...... Джерела інформації………………………………………………………….

Вступ.

За нашими психологічними відчуттями кольори бувають теплими та гарячими, бувають холодними та дуже холодними. Насправді всі кольори гарячі, дуже гарячі, адже кожен колір має свою температуру і дуже високу. Будь-який предмет в навколишньому світі має температуру, вищу за абсолютного нуля, а значить, випромінює теплове випромінювання. Навіть лід, який має негативну температуру, є джерелом теплового випромінювання. У це важко повірити, але це так. У природі температура -89°С не найнижча, можна досягти ще нижчих температур, щоправда, поки що, у лабораторних умовах. Найнижча температура, яка на даний момент теоретично можлива в межах нашого всесвіту, - це температура абсолютного нуля і вона дорівнює -273,15°С. За такої температури припиняється рух молекул речовини і тіла повністю перестають випускати будь-яке випромінювання (теплове, ультрафіолетове, а тим більше видиме). Повна темрява, немає ні життя, ні тепла. Можливо, хтось із вас знає, що колірна температура вимірюється в Кельвінах. Хто купував собі додому енергозберігаючі лампочки, той бачив напис на упаковці: 2700К або 3500К або 4500К. Це і є колірна температура світлового випромінювання лампочки. Але чому вимірюється у Кельвінах, і що означає Кельвін? Ця одиниця виміру було запропоновано 1848г. Ульям Томсон (він же лорд Кельвін) і офіційно затверджена в Міжнародній Системі одиниць. У фізиці та науках, які мають безпосереднє відношення до фізики, термодинамічну температуру вимірюють саме Кельвінах. Початок звіту температурної шкали починається з точки 0Кельвін, що означає - 273,15 градусів Цельсія. Тобто 0К - це і є абсолютний нуль температури. Можна легко перевести температуру з Цельсія до Кельвіна. Для цього потрібно просто додати число 273. Наприклад, 0°С це 273К, тоді 1°С це 274К, за аналогією температура тіла людини 36,6°С це 36,6 + 273,15 = 309,75К. Ось так все просто виходить.

Глава 1. Поняття колірної температури.

Спробуймо розібратися, що таке колірна температура.

Джерелами світла є розпечені до високих температур тіла, теплові коливання атомів яких і викликають випромінювання як електромагнітних хвиль різної довжини. Випромінювання, залежно від довжини хвилі, має власну кольоровість. При невисоких температурах і при більш довгих хвилях переважає випромінювання з теплою, червоною кольоровістю світлового потоку, а за більш високих, зі зменшенням довжини хвилі, з холодною, синьо-блакитною кольоровістю. Одиницею довжини хвилі є нанометр (нм), 1нм = 1/1000000мм. Ще в 17 столітті Ісаак Ньютон за допомогою призми розклав так зване біле денне світло та отримав спектр, що складається з семи кольорів: червоного, помаранчевого, жовтого, зеленого, блакитного, синього, фіолетового, а в результаті різних дослідів довів, що будь-який спектральний колір можна отримати змішуванням світлових потоків, що складаються з різних співвідношень трьох кольорів – червоного, зеленого та синього, які і були названі основними. Так виникла теорія трикомпонентності.

Людське око сприймає кольоровість світла завдяки рецепторам, так званим колбочкам, які мають три різновиди, кожен з яких сприймає один із трьох основних кольорів - червоний, зелений або синій і має до кожного з них свою чутливість. Людське око сприймає електромагнітні хвилі в діапазоні від 780 до 380 нанометрів. Це видима частина спектра. Отже, і світлоприймачі носіїв інформації - кіно та фотоплівка чи матриця камери повинні мати ідентичну оку чутливість до кольору. Сенсибілізовані плівки та матриці відеокамер сприймають електромагнітні хвилі в трохи ширшому діапазоні, захоплюючи довколишнє до червоної зони інфрачервоне випромінювання (ІЧ) в діапазоні 780-900 нм і ближнє до фіолетової - ультрафіолетове (УФ) 00 на00 на У00 на00 на У00 на0 Ця область спектра, в якій діє геометрична оптика та світлочутливі матеріали, називається оптичним діапазоном.

Людське око крім світлової та темнової адаптації має так звану колірну адаптацію, завдяки якій при різних джерелах, з різними співвідношеннями довжин хвиль основних кольорів, правильно сприймає кольори. Плівка ж і матриця таких властивостей не мають, вони збалансовані під певну колірну температуру.

Тіло, що нагрівається, залежно від температури нагріву у своєму випромінюванні має різне співвідношення різних довжин хвиль і відповідно різну кольоровість світлового потоку. Еталон, яким визначається кольоровість випромінювання, є абсолютно чорне тіло (АЧТ), т.зв. випромінювач Планка. Абсолютно чорне тіло - віртуальне тіло, що поглинає 100% світлового випромінювання, що падає на нього, описується законами теплового випромінювання. А колірна температура - це температура АЧТ у градусах Кельвіна, коли він кольоровість його випромінювання збігається з кольоровістю даного джерела випромінювання. Різниця між шкалою температури в градусах Цельсія, де за нуль прийнята температура замерзання води, і шкалою в градусах Кельвіна становить -273, 16, тому що точкою відліку в шкалі Кельвіна взято температуру, при якій у тілі припиняється будь-який рух атомів і відповідно припиняється будь-яке випромінювання , так званий абсолютний нуль, що відповідає температурі за Цельсієм -273,16 град. Тобто 0 градусів Кельвіна відповідає температура -273,16 град. за Цельсієм.

Основним природним джерелом світла для нас є Сонце та різні джерела світла - вогонь у вигляді вогнища, сірника, смолоскипа та освітлювальні прилади, починаючи від побутових приладів, приладів технічного призначення та закінчуючи професійними освітлювальними приладами, створеними спеціально для кінематографу та телебачення. І в побутових приладах, і в професійних, використовуються різні лампи (не стосуватимемося їх принципу дії та конструктивних відмінностей) з різними енергетичними співвідношеннями в спектрах випромінювання основних кольорів, які можна виразити величиною колірної температури. Усі джерела світла поділені на дві основні групи. Перші, з колірною температурою (Тцв.)5600 0К, білого денного світла (ДС), у випромінюванні яких переважає короткохвильова, холодна частина оптичного спектру, другі - лампи розжарювання (ЛН) з Тцв.- 32000К і переважанням у випромінюванні довгохвиль оптичний спектр.

З чого все починається? Все починається з нуля, у тому числі світлове випромінювання. Чорний колір - це відсутність світла зовсім. З погляду кольору, чорний – це 0 інтенсивності випромінювання, 0 насиченості, 0 колірного тону (його просто немає), це повна відсутність усіх кольорів взагалі. Чому ми бачимо предмет чорним, а тому, що він майже повністю поглинає весь світ, що падає на нього. Існує таке поняття, як абсолютно чорне тіло. Абсолютно чорним тілом називають ідеалізований об'єкт, який поглинає все випромінювання, що падає на нього, і нічого не відображає. Звичайно ж, насправді це недосяжно і абсолютно чорних тіл у природі не існує. Навіть ті предмети, які здаються нам чорними, насправді не є абсолютно чорними. Але можна виготовити модель майже абсолютно чорного тіла. Модель є кубом з порожнистою структурою всередині, в кубі пророблено невеликий отвір, через який всередину куба проникають світлові промені. Конструкція чимось схожа на шпаківню. Подивіться малюнок (1).

Малюнок 1). – Модель абсолютно чорного тіла.

Світло, що потрапляє всередину крізь отвір, після багаторазових відображень буде повністю поглинене, і отвір зовні виглядатиме зовсім чорним. Навіть якщо ми пофарбуємо куб у чорний колір, отвір буде чорнішим за чорний куб. Цей отвір і буде абсолютно чорним тілом. У прямому значенні слова, отвір не є тілом, а лише наочно демонструє нам абсолютно чорне тіло.

Всі об'єкти володіють тепловим випромінюванням (поки що їхня температура вище абсолютного нуля, тобто -273,15 градусів за Цельсієм), але жоден об'єкт не є ідеальним тепловим випромінювачем. Одні об'єкти випромінюють тепло краще, інші гірші, і все це залежить від різних умов середовища. Тому застосовують модель абсолютно чорного тіла. Абсолютно чорне тіло є ідеальним тепловим випромінювачем. Ми можемо навіть побачити колір абсолютно чорного тіла, якщо його нагріти, і колір, який побачимо, буде залежати від того, до якої температури ми нагріємо абсолютно чорне тіло. Ми впритул підійшли до такого поняття, як колірна температура.

Подивіться малюнок (2).

Малюнок (2). – Колір абсолютно чорного тіла, залежно від температури нагрівання.

а) Є абсолютно чорне тіло, ми його взагалі не бачимо. Температура 0 Кельвін (-273,15 градусів Цельсія) – абсолютний нуль, повна відсутність будь-якого випромінювання.

б) Включаємо «надпотужне полум'я» і починаємо нагрівати наше абсолютно чорне тіло. Температура тіла за допомогою нагрівання підвищилася до 273К.

в) Пройшло ще трохи часу, і ми вже бачимо слабке червоне свічення абсолютно чорного тіла. Температура збільшилася до 800К (527 ° С).

г) Температура піднялася до 1300К (1027 ° С), тіло набуло яскраво-червоного кольору. Такий же колір світіння можна побачити при нагріванні деяких металів.

д) Тіло нагрілося до 2000К (1727 ° С), що відповідає помаранчевому кольору свічення. Такий же колір мають розпечене вугілля в багатті, деякі метали при нагріванні, полум'я свічки.

е) Температура вже 2500К (2227 ° С). Світіння такої температури набуває жовтого кольору. Торкати руками таке тіло вкрай небезпечно!

ж) Білий колір - 5500К (5227 ° С), такий же колір світіння у Сонця опівдні.

з) Блакитний колір свічення - 9000К (8727 ° С). Таку температуру шляхом нагріванням полум'ям отримати насправді буде неможливо. Але такий поріг температури цілком досяжний у термоядерних реакторах, атомних вибухах, а температура зірок у всесвіті може сягати десятків і сотень тисяч Кельвін. Ми можемо лише побачити такий же блакитний відтінок світла, наприклад, світлодіодні ліхтарі, небесні світила або інші джерела світла. Колір неба у ясну погоду приблизно такого ж кольору. Підсумовуючи всього вищесказаного, можна дати чітке визначення колірної температури. Колірна температура - це температура абсолютно чорного тіла, при якій воно випромінює випромінювання того ж колірного тону, що і випромінювання, що розглядається. Простіше кажучи, температура 5000К - це колір, який набуває абсолютно чорного тіла при нагріванні його до 5000К. Колірна температура помаранчевого кольору – 2000К, це означає, що абсолютно чорне тіло необхідно нагріти до температури 2000К, щоб воно набуло помаранчевого кольору світіння.

Але колір свічення розпеченого тіла не завжди відповідає його температурі. Якщо полум'я газової плити на кухні синьо-блакитного кольору, це означає, що температура полум'я понад 9000К (8727°С). Розплавлене залізо в рідкому стані має оранжево-жовтий відтінок кольору, що відповідає його температурі, а це приблизно 2000К (1727°С).

Світло та колір. Природа кольору та його фізичні основи

Щодня людина стикається з безліччю факторів довкілля, що впливають на нього. Одним з таких факторів, що мають сильний вплив, є колір. Відомо, що колір може бути видно людиною лише при світлі, у темряві ми не бачимо жодних кольорів. Світлові хвилі сприймаються людським оком. Ми бачимо предмети тому, що вони відбивають світло і тому, що наше око здатне сприйняти ці відбиті промені. Промені сонячного чи електричного світла – світлові хвилі в зоровому апараті людини перетворюється на відчуття. Це перетворення відбувається у три етапи: фізичний, фізіологічний, психологічний.

Фізичний- Випромінювання світла; фізіологічний- Вплив кольору на око і перетворення його в нервові імпульси, що йдуть в мозок людини; психологічний- Сприйняття кольору.

Фізичний етап формування зорового сприйняття полягає у перетворенні енергії видимого випромінювання різними середовищами в енергію зміненого потоку випромінювання та вивчається фізикою.

Видиме випромінювання називають світлом. Світло – видима частина електромагнітного спектру, це окремий випадок електромагнітного випромінювання . Фізики жартують, що світло - найтемніше місце у фізиці. Світло має подвійну природу: при поширенні він поводиться як хвиля, а при поглинанні та випромінюванні – як потік частинок. Отже, світло належить простору, а колір предмету. Колір – це відчуття, що виникає в органі зору людини при впливі на неї світла .

У кольорознавстві прийнято розглядати світло як електромагнітний рух хвиль. В області видимого випромінювання кожній довжині хвилі відповідає відчуття будь-якого кольору.

У спектрі білого сонячного світла розрізняють сім основних кольорів: червоний, оранжевий, жовтий, зелений, синій, фіолетовий. Око середнього спостерігача здатне розрізнити у спектрі білого світла близько 120 кольорів. Для зручності позначення кольорів прийнято розподіл спектру оптичного випромінювання на три зони:

Довгохвильову – від червоного до оранжевого;

Середньохвильову – від помаранчевого до блакитного;

Короткохвильову – від блакитного до фіолетового.

Цей поділ виправдовується якісними відмінностями між кольорами, що входять до різних областей спектра. Кожен колір спектра характеризується власною довжиною хвилі (таблиця 1), тобто. він може бути точно заданий довжиною хвилі чи частотою коливань. Найкоротші хвилі – фіолетові, найдовші – червоні. Світлові хвилі власними силами немає кольору. Колір виникає лише за сприйнятті цих хвиль зоровим апаратом людини.

Око здатне сприймати хвилі довжиною від 400 до 700 нанометрів (нанометр – одна мільярдна метра, одиниця виміру довжини світлових хвиль).

Таблиця 1. Відповідність діапазонів довжин хвиль відчуттям кольорів

З двох сторін від видимої частини спектра знаходяться ультрафіолетові та інфрачервоні області, які не сприймаються людським оком, але можуть уловлюватись спеціальним обладнанням (таблиця 2). За допомогою інфрачервоного випромінювання працюють камери нічного бачення, а ультрафіолетове випромінювання хоч і невидимо для людського ока, але може завдати значної шкоди зору. Швидкість поширення всіх видів хвиль електромагнітних коливань дорівнює приблизно 300 000 км/с.

Таблиця 2. Різновиди електромагнітних випромінювань

Світлові хвилі потрапляють на сітківку ока, де сприймаються світлочутливими рецепторами, що передають сигнали в мозок, і вже там складається відчуття кольору. Це відчуття залежить від довжини хвиль та інтенсивності випромінювання. А всі предмети, які нас оточують, можуть або випромінювати світло (колір), або відображати або пропускати світло, що падає на них, частково або повністю.

Наприклад, якщо трава зелена, це означає, що з усього діапазону хвиль вона відображає переважно хвилі зеленої частини спектру, а інші поглинає. Коли ми говоримо «ця чашка червона», то насправді маємо на увазі, що вона поглинає всі світлові промені, крім червоних. Чашка сама по собі не має жодного кольору, колір створюється при її висвітленні. Таким чином, червона чашка відображає переважно хвилі червоної частини спектру. Якщо ми говоримо, що будь-який об'єкт має якийсь колір, це означає, що насправді цей об'єкт (або його поверхня) має властивість відбивати хвилі певної довжини, і відбите світло сприймається як колір предмета. Якщо предмет повністю затримує падаюче світло, воно здаватиметься нам чорним, а якщо відображає всі падаючі промені – білим. Щоправда, останнє твердження буде вірним лише тому випадку, якщо світло буде білим, незабарвленим. Якщо ж світло набуває якогось відтінку, то і поверхня, що відбиває, матиме такий же відтінок. Це можна спостерігати на заході сонця, яке фарбує все навколо багряними тонами, або в сутінковий зимовий вечір, коли сніг здається синім. Експеримент із використанням забарвленого кольору досить цікаво описує І. Іттен у своїй книзі «Мистецтво кольору».

Яким чином зоровий апарат розпізнає ці хвилі, досі ще невідомо. Ми знаємо лише те, що різні кольори виникають у результаті кількісних відмінностей світлочутливості.

У цьому контексті логічно було б нагадати ще одне визначення кольору. Колір – це різна кількість коливань світлових хвиль даного джерела світла, які сприймаються нашим оком у вигляді певних відчуттів, які ми називаємо колірними .

Відчуття кольору створюється за умови переважання кольору хвиль певної довжини. Але якщо інтенсивність всіх хвиль однакова, то колір сприймається як білий чи сірий. Не випромінює хвиль предмет сприймається як чорний. У зв'язку з цим усі зорові відчуття кольору поділяються на дві групи: хроматичні та ахроматичні.

Ахроматичними називають білий, чорний кольори та всі сірі кольори. У їхній спектр входять промені всіх довжин хвиль рівною мірою. Якщо ж виникає переважання якоїсь однієї довжини хвилі, такий колір стає хроматичним. До хроматичних кольорів відносяться всі спектральні та інші природні кольори. .

2.2. Основні характеристики кольору

Для однозначності визначення (специфікації) кольору часто використовують систему психофізичних характеристик. До них належать такі характеристики:

Кольоровий тон,

Світлота;

Насиченість.

Кольоровий тон - якість кольору, що дозволяє дати йому назву (наприклад, червоний, синій тощо) . Цікаво, що нетреноване око при яскравому денному освітленні розрізняє до 180 колірних тонів, а розвинене людське око здатне розрізняти близько 360 відтінків кольору. Ахроматичні кольори немає кольорового тону.

Світлота – це ступінь відмінності цього кольору від чорного. У спектральних кольорах найсвітлішим є жовтий колір, найтемнішим – фіолетовий. У межах одного колірного тону ступінь світла залежить від застосування білого. Світлота – ступінь, властивий як хроматичним, так і ахроматичним кольорам . Відтінки одного кольору різної світло називають монохромними .

Насиченість – це ступінь відхилення хроматичного кольору від рівного за світлом ахроматичного.Так, якщо чистий спектральний колір, наприклад червоний, прийняти за 100%, то при змішуванні 70% червоного і 30% білого насиченість отриманої суміші дорівнюватиме 70%. Від насиченості залежить міра сприйняття кольору.

Найбільш насичені кольори спектру, причому найбільш насичений з них фіолетовий, а найменше насичений жовтий.

Ахроматичні кольори можна назвати кольорами нульової насиченості.

Натреноване людське око може розрізнити близько 25 відтінків кольору за насиченістю, від 65 відтінків – по світлоті при високій освітленості та до 20 – при зниженій.

Власні та невласні якості кольору.Колір, тон, світла, насиченість називають власними якостями кольору. Власні якості – це якості, які об'єктивно притаманні.

Невласні якості кольорів об'єктивно не властиві, а виникають внаслідок емоційної реакції при їх сприйнятті. Ми говоримо, що кольори бувають теплі та холодні, легкі та важкі, глухі та дзвінкі, виступаючі та відступаючі, м'які та жорсткі. Ці характеристики важливі для художника, тому що за допомогою їх посилюється виразність та емоційний настрій твору.

Зміна об'ємності зображення залежить від насиченості кольору (рис. 1) Активно насичені кольори роблять зображення більш об'ємним, ніж кольори слабо насичені або затемнені. Розбіл і затемнення не тільки знижують активність кольору, але й послаблюють контрасти кольорів між плямами. Монохромне зображення, як і насичене, здатне активно передати обсяг, наближений до ахроматическому варианту .

Рис. 1. Зміна об'ємності зображення залежно від насиченості кольору:

а – оптимально насичені кольори; б – слабонасичені (висвітлені) кольори; в – ахроматичний варіант; г – слабонасичені (затемнені) кольори; д – монохромне зображення об'єкта, рельєфність, об'єм та емоційний настрій композиції. При використанні слабонасичених кольорів (висвітлених або затемнених) об'єм відчуватиметься менше, ніж при використанні насичених.

Вчитель фізики м. Бахчисарай

Гапєєнко Ніна Олександрівна

Урок 2.78 на тему «Дисперсія світла»

Ціль:вивчити поняття: хвильова оптика, спектр, монохроматичне світло, дисперсія; пояснювати фарбування предметів.

Метод:пояснювально-ілюстративний, дослідження.

Хід уроку:

Слайд 2-3.

На слайдах ми бачимо прояви законів відображення та законів заломлення у кольорі. Чи може геометрична оптика відповісти на запитання: звідки з'являються ті чи інші кольори і що таке?

Ні. Для цього необхідно вивчити будову світлових хвиль. А ці питання розглядаються у розділі «Хвильова оптика».

Слайд 4.

(«Хвильова оптика» та її основні питання)

Слайд 5.

Сьогодні на уроці ми розглянемо властивість дисперсію.

Запишіть тему уроку:

Пояснення нового матеріалу:

Звернемося до експериментальних даних. Ще в 1605р. англійський вчений Томас Харріот, вивчаючи заломлення світла в рідинах, виявив, що показник заломлення однієї й тієї ж речовини для червоних променів один, а для зелених променів інший. Це означає, що швидкість світлових хвиль різного кольору речовині різна.

Наразі відомо, що колір , видимий оком, визначається частотою світлової хвиліТому відкриття Харріота можна як виявлення залежності показника заломлення речовини від частоти світла.

Сам Харріот про своє відкриття промовчав, і про його дослідження дізналися значно пізніше. У 1611р. Аналогічне явище, тільки не в рідинах, а у склі, виявив італійський вчений Марк Антоній Домініс.І хоча його результати були опубліковані, широкого поширення вони не набули, а сам Домініс через 13 років помер у в'язниці інквізиції.

У 1648р. дисперсія світла була перевідкрита чеським ученим Я.М.Марці. Однак і цього разу ніхто не звернув на це уваги.

І лише коли відповідні досліди були проведені Ісааком Ньютоном 1666р. , світ нарешті дізнався про нове явище

На початку 1666р. Ньютон був зайнятий шліфуванням оптичного скла несферичної форми і вирішив випробувати за допомогою трикутної скляної призми прославлене явище квітів.

Слайд 6-8.

«Спочатку вигляд яскравих і живих фарб, що виходили при цьому, приємно розважив мене. - Згадував згодом Ньютон. – Але через деякий час, змусивши себе придивитися до них уважніше, я був здивований їхньою довгастою формою…»

Спостережувана картина отримала назву призматичногоабо дисперсійний спектр.

До Ньютона біле (сонячне) світло вважалося простим, а різні кольори – його змінами, що з'являються в результаті взаємодії світла з «темнотою» або якоюсь речовиною. Ньютон же, за словами сучасників, висловив «дивну і незвичайну» гіпотезу: «Ми повинні розрізняти два роди кольорів: одні первісні та прості, інші складені з них». Деякі з простих променів, за Ньютоном, здатні виробляти червоний колір і ніякого іншого, інші - жовтий і ніякого іншого і т.д.

Свої остаточні висновки Ньютон сформулював як кілька теорем. Перші з них кажуть:

« ТеоремаI . Промені, що відрізняються за кольором, відрізняються і за ступенем заломлюваності»

« ТеоремаII. Сонячне світло складається з променів різної заломлюваності»

Отже, білий світ,по Ньютону, не є простим. Він має складний склад і може бути розкладений у спектр за допомогою скляної призми.

Рецензію працювати Ньютона було доручено зробити Роберту Гуку. Просидівши над відгуками кілька годин поспіль, Гук у своїй рецензії висунув настільки сильне заперечення проти теорії ньютонів, що Ньютону для обмірковування своєї відповіді знадобилося півроку. (На думку Гука, твердження про те, що в білому світлі містяться промені всіх кольорів, рівносильне твердженню про те, що в повітрі, укладеному в органному хутрі, містяться відразу всі звукові тони. Іншими словами, це те саме, що говорити про те , що шум є сукупність правильних музичних звуків.)

У своїй відповіді на рецензію Гука Ньютон уникнув розглянутої проблеми і зосередив увагу на слабких місцях теорії самого Гука.

Проте за запереченнями Гука пішла критика з боку Гюйгенса. «Якби те, що промені світла в їхньому первісному стані були деякі червоними, деякі синіми і так далі, було правдою, - писав він, - то було б дуже важко пояснити на механічних принципах, у чому полягає ця відмінність кольорів».

Гюйгенс виявився дуже прозорливим – пояснення цього випромінювання з'явилося лише в XIX ст., коли було встановлено, що випромінювання різних кольорів відрізняються частотою коливань.

Слайд 9.

Справді, якщо за допомогою другої призми, перевернутої на 180 градусів щодо першої, зібрати всі пучки спектру , то знову вийде білий колір.

Слайд 10-12

Електромагнітне випромінювання однієї певної та строго постійної частоти називається монохроматичним.

(На практиці містить вузьку ділянку спектру)

-Дайте визначення понять «видиме випромінювання», «спектр», «колір», «дисперсія».

Колір– властивість тіла викликати певне зорове відчуття у відповідності до спектрального складу випромінювання, що відбивається або випускається.

Спектр- Сукупність гармонійних коливань (або хвиль), створюваних будь-яким джерелом.

Видиме випромінювання– електромагнітне випромінювання із довжиною хвилі від 380 до 780 нм.

Дисперсія– це розкладання білого світла на сім кольорів.

Слайд 13.

Висновок:

Призма не змінює світло, лише розкладає його на складові.

Біле світло складається з кольорових променів.

Фіолетові промені заломлюються сильніше за червоні.

Чому?

Класична електромагнітна теорія дисперсії була створена наприкінці ХІХ Х.А.Лоренцом. Відповідно до електромагнітної теорії дисперсія світла є результатом взаємодії світлової хвилі з молекулами речовини. Коли світлова хвиля проникає в речовину, під впливом електричного поля цієї хвилі електрони молекул починають вимушені коливання. Частота цих коливань збігається з частотою хвилі, а амплітуда залежить від співвідношення між цією частотою та власною частотою коливань електрона. При різній частоті світла амплітуда вимушених коливань електронів, і навіть ступінь поляризації речовини також різні. Різною при цьому виявляється і діелектрична проникність речовини . Але швидкість світла
, а показник заломлення

Тому якщо залежить від частоти світла, то залежністю від частоти будуть володіти і з .

Швидкість світла у вакуумі дорівнює =3·10 8 м/с. Але світло буває різним: жовтим, червоним, зеленим тощо. У вакуумі промені всіх кольорів поширюються з тією самою швидкістю. Висновок у тому, що у речовині промені різного кольору поширюються з різною швидкістю доведемо практично.

Звернімо увагу на формулу:
.

Отже,
(Опираємося на формулу з лабораторної роботи з визначення показника заломлення скла).

Слайд 14.

Висновок:

Червоне світло, яке менше заломлюється, має найбільшу швидкість, а фіолетове – найменшу, тому призма і розкладає світло.

Чому?

Міркування виносяться на дошку:

Значить, показник заломлення залежить від довжини хвилі (від частоти).

Слайд 15.

Висновок: Показник заломлення залежить від довжини хвилі електромагнітного випромінювання.→ Залежність показника заломлення світла з його довжини хвилі називається дисперсією.

Визначення: Залежність швидкості світла у речовині (або показника заломлення) від частоти хвилі (або кольору) називається дисперсією світла.

Слайд 16

Первинна перевірка розуміння:

Що називають дисперсією світла?

Яке світло називають монохроматичним?

Яке світло поширюватиметься в речовині призми (зі скла) з більшою швидкістю?

Що відбудеться при з'єднанні світлових променів спектра?

Чим пояснити білий колір снігу, чорний сажі, зелений колір листя, червоний колір прапора?

Від чого залежить кольоровість світлових хвиль? Від частоти (Тільки частота не змінюється при переході з одного прозорого середовища в інше і колір теж не змінюється)

Пояснення кольоровості:

Особливо значною стає амплітуда коливань електронів у речовині приv≈ v 0 . У цьому випадку спостерігається резонанснепоглинання енергії та випромінювання відповідних частот з падаюного світла «випадають» (поглинаються).

У молекул безбарвної прозорої речовини, наприклад, скла, найбільш істотні резонансні частоти лежать в ультрафіолетовій області. Тому звичайне скло добре пропускає видиме світло та поглинає ультрафіолетовий.

У кольорового скла резонанси є і у видимому діапазоні частот. Через це частина світла, що проходить, поглинається і залишається лише той, який і надає колір склу. Наприклад, дивлячись на лампу розжарювання через синій світлофільтр, ми побачимо її синій тому, що синій світлофільтр із усієї сукупності випромінювань лампи пропускає тільки сині, фіолетові та блакитні промені, а решта поглинає.

Колір непрозорих предметів визначається тим світлом, що вони дифузно (розсіяно) відбивають. Так, наприклад, предмет, що поглинає всі промені, крім зелених, відбиваючи останні, набуває зеленого кольору. Якщо ж поверхня якогось предмета однаково добре відбиває промені всіх кольорів спектру, вона здаватиметься білої. Білі поверхні характеризуються значним коефіцієнтом відбиття. Причому чим більший коефіцієнт відображення має біла поверхня, тим світлішою вона здається. Дуже світлим виглядає білий порошок оксиду магнію (коефіцієнт відображення 96%). Сніг, що випав, відображає 85% падаючого світлового потоку, білий папір - 75%.

"Чорних променів" у природі не існує. Предмет нам здається чорним у тому випадку, коли він поглинає майже весь світ, що падає на нього, однаково погано відображаючи промені всіх кольорів. Наприклад, коефіцієнт відображення чорного оксамиту становить лише 0,3%.

Взагалі всі кольори, що зустрічаються в природі, поділяють на ахромутичніі хроматичні.До ахроматичних кольорів відносяться білий, чорний та сірий кольори.

До хроматичних відносяться спектральні кольори (від червоного до фіолетового), пурпурові (малиновий, вишневий і бузковий) і всі інші (коричневий, салатний і т.д.), що вийшли в результаті змішування різних кольорів між собою. Пурпурні кольори виникають при змішуванні у різній пропорції червоних та фіолетових або синіх кольорів.

Червоний, зелений і синій кольори є взаємно незалежномими.Це означає, що кожен з них не може бути отриманий внаслідок змішування двох інших. Направивши на білий екран три пучки світла, пропущені відповідно через червоний, зелений та синій світлофільтри, у місці їх перетину можна отримати білий колір. Правда, він вийде лише при одному цілком певному співвідношенні яскравостей світлових пучків, що складаються. Змінюючи це співвідношення, в результаті змішування червоного, зеленого та синього кольорів можна отримати практично будь-який інший хроматичний колір.

Слайд 17

Пояснення на основі властивості дисперсії світла природного явища «Райдуга»

Закріплення:

Слайд 18

Закріплення здобутих на уроці знань:

Тест на тему «Дисперсія світла»

Варіант 1

Порівняйте швидкість поширення червоного та фіолетового випромінювань у вакуумі.

А. υ до › υ ф

Б. υ до = υ ф

В. υ до ‹ υ ф

Як зміниться частота зеленого випромінювання під час переходу світла з повітря у воду?

А. Зменшується

Б. Не змінюється

В.Збільшується

Показник заломлення води при температурі 20 0 З різних монохроматичних променів видимого випромінювання знаходиться в інтервалі від n 1 =1,3308 до n 2 =1,3428. Який із цих показників є показником заломлення фіолетових променів?

А. n 2

Б. n 1

Ст. n 1 та n 2

Чому для транспортування світловим сигналом небезпеки є червоне світло?

А. Асоціюється із кольором крові

Б. Впадає у вічі

В. Має найменший показник заломлення

Г. Найменше розсіюється в повітрі та тумані.

На білому папері написано текст червоні літери. Через скло якого кольору літери здаватимуться чорними?

А.Білого

Б.Червоного

В.Зеленого

Варіант 2

Порівняйте швидкість поширення червоного та фіолетового випромінювань у склі.

А. υ до › υ ф

Б. υ до = υ ф

В. υ до ‹ υ ф

Як зміниться довжина хвилі червоного випромінювання під час переходу світла з повітря у воду?

А. Зменшується

Б. Не змінюється

В.Збільшується

Від чого залежить кольоровість світлових хвиль?

А. Від їхньої частоти

Б. Від швидкості їх поширення

В. Від довжини хвилі

Чому робітники на будівництві носять каски оранжевого кольору?

А. Помаранчевий колір добре помітний на відстані

Б. Мало змінюється під час негоди

В. Найменше розсіюється в повітрі та тумані.

Г. Відповідно до вимог безпеки праці.

У пляшку із зеленого скла налито червоне чорнило. Якого кольору здається чорнило?

О.Чорного

Б.Червоного

В.Зеленого

Слайд 19

Самоперевірка

Самоаналіз (рефлексія)

Домашнє завдання:

Слайд 20.

Домашнє завдання:

Параграф 53 (підручник за редакцією проф. Н.А. Парфентьєвої)

Римкевич №1081,1083,1084

Творче завдання: "Застосування дисперсії світла."

Список використаної літератури:

Риммевич А.П., "Задачник" для 10 - 11 класів, Москва, видавництво "Дрофа", 2006

Громов С.В., "Фізика - 11", Москва, видавництво "Освіта", 2009

Мякішев Г.Я., «Фізика – 11», Москва, видавництво «Освіта», 2014

Пінський А.А., "Фізика - 11", Москва, видавництво "Освіта", 2009

Назад вперед

Увага! Попередній перегляд слайдів використовується виключно для ознайомлення та може не давати уявлення про всі можливості презентації. Якщо вас зацікавила ця робота, будь ласка, завантажте повну версію.

Ціль:закріпити знання учнів на тему: "Хвильові властивості світла", розвивати пізнавальний інтерес до предмета, показати використання хвильових властивостей світла на практиці, закріпити навички роботи з лабораторним обладнанням L-мікро, використовувати в роботі інформаційні технології, віртуальні лабораторні роботи.

Обладнання:комп'ютер, інтерактивна дошка SMART, мультимедійний пристрій, диск "ЄДІ з фізики, 100 балів", "Жива фізика", обладнання L-мікро для проведення лабораторних робіт.

I. Організація класу.Розділити клас на 4 групи та дати їм назви:

• "Інтерференція",
• "Дифракція",
• "Поляризація",
• "Дісперсія".

ІІ. Слово вчителя.З давніх-давен на нашій планеті

Багато легенд складалося про світло,
Багато тоді було в ньому непідвладного,
Але світло всіх манило загадкою прекрасною.

Ось перше питання:

Що таке світло?

1 група.

Багато вчених шукали відповідь,
Багато відкриттів вони зробили...
Погляньмо, що вони нам відкрили?
Насамперед світло - це хвиля,
Електромагнітною зветься вона.
Зі швидкістю світла ніщо не зрівняється
Триста тисяч кілометрів на секунду промчить.

2 група

Світло мінливий і зовсім не простий,
Адже він має двоїстість властивостей:
Властивості частинок, звичайно, прекрасні,
Але властивості хвилі йому теж підвладні.
Поглянемо в характер його ми глибше.
І тут властивостей чимало для нас таких необхідних!
Дисперсія, заломлення, дифракція-
У багатьох явищах дають розібратися нам,
Багато зрозуміти і точно відповісти,
Навіщо потрібне світло і дорослим, і дітям!

3 група

Давайте подивимося на реальні приклади:
Ось чому аркуш паперу білий?
Відповідь дуже проста, простіше не буває:
Просто папір весь світ відбиває.
А поглянемо на чорний – протилежно,
Влітку у ньому ходити неможливо.
І знову запитання: чому таке буває?
Просто чорний колір все поглинає.

4 група

Світ такий прекрасний, прекрасна планета,
І тут не обійшлося без допомоги світла.
Адже веселку, листя, дерева, квіти,
Все що в прекрасних тонах ми бачимо,
Все що для ока красивим буває,
Все це світло нам відкриває!

Ньютон, Гюйгенс та світло. Народження оптики XVII столітті.

Саме І. Ньютон з великою винахідливістю та терпінням проробив сотні дослідів, кожен із яких мав відповісти на конкретні питання:

• колір – це характеристика ступеня заломлення;
• білий колір – є суміш різнокольорових променів;
• при поділі білого кольору кут заломлення зростає від червоного до фіолетового;
• при змішуванні всіх кольорів знову утворюється білий колір?

Він перевіряв свою гіпотезу двома способами:

• через комбінацію двох призм, поставлених поспіль з поворотом на 180°, друга призма змішувала кольори розкладені першою;
• відомий диск Ньютона, при швидкому обертанні якого з'являється ілюзія білого кольору.

(Здатність сітківки ока зберігати зображення протягом деякого часу, приблизно 0,1 сек.)

Але найпрекраснішою демонстрацією явищ хвильової оптики стали кільця Ньютона. Гюйгенс спостерігав їх раніше, але саме Ньютон зміг першим пояснити це явище, хоч і схилявся до корпускулярної моделі світла. Він припустив, що промені світла періодично приймають два стани: "стан прохідності" та "стан відбивності".

Про хвильові властивості світла сьогодні ми й поговоримо.

"Інтерференція"

Ми вважаємо, що саме інтерференція є найбільш переконливим доказом хвильових властивостей світла.

Досвід: увімкнемо одну лампочку, потім ще одну - стало світлішою, але картини інтерференції ми не бачимо. А тепер спробуємо зробити, як Т. Юнг. У його досвіді фронт хвилі поділяється на два

близько розташованих джерела. На екрані є інтерференційна картина. Він також визначив довжину хвилі для фіолетової частини спектру – 0,42 мкм., для червоного спектру – 0,7 мкм. Інтерференція супроводжувалася спектральним розкладанням на монохроматичні складові. Але картину інтерференції не можна одержати, якщо джерела не когерентні. Когерентними називаються дві світлові хвилі однакової частоти, у якої різниця фаз дорівнює нулю. Як показує досвід, саме при складанні когерентних хвиль виникає інтерференційна картина максимумів та мінімумів освітленості.

Досліди на комп'ютері.

Інтерференція знайшла широке застосування:

• інтерферометр Майкельсон - прилад, який служить для прецизійних вимірювань. За допомогою цього приладу в 1881 році А. Майкельсон і Е. Морлі намагалися визначити, чи існує різниця в значенні швидкості світла при його поширенні вздовж і впоперек спрямування орбітального руху Землі.
• просвітлення оптики. Світло проходячи через лінзи фотоапаратів, біноклів відбивається від передньої та задньої поверхонь. При відображенні втрачається 8-10% енергії світла, і якщо об'єктив складається з кількох лінз, втрачається до 50% енергії. Щоб цього уникнути на поверхню лінз хімічним методом, наносять тонку плівку, товщина якої і показник заломлення вибираються з таким розрахунком, щоб у відбитому світлі виник інтерференційний мінімум.

Інтерференційні методи знайшли широке застосування у низці інших галузей науки техніки. За допомогою інтерферометра можна дослідити якість шліфування поверхонь, можна виміряти коефіцієнти розширення твердих тіл, малу зміну розмірів феромагнетиків у магнітному полі та сегнетоелектриків в електричному полі, а також виміряти коефіцієнти заломлення речовин, малі концентрації домішок у газах та рідині.

В астрономії інтерференційні методи дають змогу оцінити кутовий діаметр зірок.

"Дифракція"

Той факт, що світло заходить за краї перешкод, відоме людям дуже давно. Перший науковий опис цього явища належить Ф.Грімальді, який не тільки описав розмитість тіні від предмета, а й кольорову смугу в галузі розмитості. Він уперше це явище назвав дифракцією. Дифракція світла - це огинання світлом непрозорих предметів як наслідок цього проникнення світла у область геометричної тіні. Х. Гюйгенс першим спробував пояснити це явище, висунувши при цьому принцип побудови хвильових фронтів. Але треба віддати данину та іншому вченому, О. Френелю, який багато зробив для розвитку хвильової теорії світла. У 1818 році він представив конкурсну роботу під назвою "Записка про теорію дифракції", в якій довів, що тільки хвильова теорія світла пояснює дифракційну картину.

Використання дифракції світла однією щілини у практичних цілях дуже утруднено і незручно через слабкої видимості дифракційної картини. Дифракційні грати - спектральний прилад, що служить для розкладання світла в спектр та вимірювання довжини хвилі. Вони бувають металевими та скляними. На ці грати наносять велику кількість паралельних штрихів: 2000 штрихів на один міліметр поверхні. Головною характеристикою ґрат є постійна ґрати d=а + в, d sin f=m j(m=0,1,2....), там де кути fзадовольняють умову, спостерігаються основні максимуми дифракційної картини. Серед різноманітних практичних застосувань хвильових властивостей світла останні десятиліття одне з найцікавіших - голографія. Сутність голографії полягає у фіксації повної інформації про предмет, причому інформації як про амплітуді світлової хвилі, а й її фазі. В 1960 з появою лазерів голографічний метод став використовуватися частіше. Ідеї ​​та принципи голографії сформулював Д. Габор у 1948 році.Голограми бувають: оптичні, об'ємні, акустичні. Голографічні записи дозволяють фіксувати вібрації та деформації, що виникають у різних вузлах та деталях працюючих машин, а також кількісні дослідження повітряних потоків в аеродинамічних трубах.

"Поляризація"

Пружні хвилі бувають поздовжніми та поперечними. У поздовжніх хвилях коливання частинок відбуваються вздовж напрямку поширення хвиль, а поперечних - перпендикулярно до цього напрямку. Світло, у якого світловий вектор коливається безладно одночасно у всіх напрямках, перпендикулярних до променя, називається природним або не поляризованим. Типовий приклад такого світла – сонячне випромінювання, випромінювання ламп розжарювання, ламп денного світла. А світло, у якого напрям коливань світлового вектора суворо фіксовано, називається лінійно поляризованим або плоско поляризованим. Під поляризацією світла розуміють виділення із природного світла світлових коливань із певним напрямом електричного вектора. Залежність показника поглинання речовини від напрямку коливань світлового вектора називається дихроїзмом. У практичному використанні турмалін не дуже зручний: він дорогий і з нього не можна вирізати пластини великих розмірів. Тому більш поширені як поляроїди спеціальні дихроічні плівки, поміщені між скляними пластинками, наприклад плівки з кристаликів герапатиту.

У світі давно обговорюється питання про встановлення поляроїдів на фари та вітрове скло автомобілів при усуненні сліпучої дії фар зустрічних машин. Для цього поляроїд на фарах та вітровому склі повинен пропускати коливання під кутом 45° до горизонту. Тоді напрямок світлових коливань зустрічної машини буде перпендикулярно площині, в якій поляроїд пропускає коливання і світло фар гаситиметься. Власне поляризоване світло даного автомобіля після відображення від дороги проходитиме крізь вітрове скло. Встановлення поляроїдів має сенс. Якщо забезпечити ними всі автомобілі.

"Дисперсія"

Розкладання білого світла у спектр за допомогою скляної призми вперше було отримано І. Ньютоном. Біле світло розкладається у спектр, але монохроматичні кольори (червоний, синій, фіолетовий) далі на спектральні складові не розкладаються.

Будучи прихильником корпускулярної теорії світла, І. Ньютон пояснював цей факт так: фіолетовий колір складається з маленьких частинок, червоний - з більш масивних. Вивчення явищ інтерференції та дифракції світла показало, що колір пов'язаний з довжиною хвилі, отже, і її частотою. Цю властивість хвиль можна спостерігати у природі.

У російських літописах веселка називалася райська дуга. У Стародавній Греції веселку уособлювала богиня Іріда, вона поєднувала небо і землю, була посередником для людей і богами. Веселку "роблять" водяні краплі: у небі - краплі дощу, на землі - бризки водяного струменя водоспаду, фонтану. Саме у водяній краплі відбуваються оптичні явища, через які виникає веселка. Заломлення на кордоні повітря - вода за законом "відношення синуса кута падіння до синуса кута заломлення дорівнює відносному показнику заломлення"; Віддзеркалення світла на кордоні повітря - вода за законом "кут відбивання дорівнює куту падіння променя". Дисперсія світла – це розкладання світла у спектр. Умови виникнення веселки: наявність крапель води діаметром 0,08 – 0,2 мм; особливе становище спостерігача - спиною до сонця, поза дощової зони при висоті сонця над горизонтом трохи більше 42?. Верхня частина веселки завжди червоного кольору, нижня – фіолетового. Гарне природне явище не залишить нікого байдужим.

Питання: А чи правда, що існують білі веселки?

Так, їх називають туманними. Вони виникають при освітленні сонячними променями слабкого туману, що складається з крапель радіусом 0,025 мм і менше. Навіть вуличний ліхтар може створити білу веселку видиму на темному тлі нічного неба.

Веселку та гало має одну й ту саму фізичну природу. Гало походить від давньогрецького слова "халос" - круглий майданчик. Вони можуть виглядати досить різноманітно - кільця, що світяться навколо Сонця або Місяця, хрести, стовпи, помилкові світила. Спостерігається гало, якщо світило просвічує через тонкі перисто-шаруваті хмари. Ці хмари складаються з крижаних кристаликів у формі правильної шестикутної призми. гало бувають білими і з кольоровими відтінками і пояснюються тим, що виникає свічення внаслідок заломлення світла в кристаліках та відбиття від їх граней. Часто на небі можна фіксувати кілька гало. Наприклад: дуже складне гало спостерігалося в Петербурзі 18 червня 1794: одночасно на небі було 12 кіл і дуг, з них 9 кольорових. Його так і називають – Петербурзький феномен.

Запитання: Цікаво, а на інших планетах може бути таке явище?

Вчені зафіксували гало і інших планетах Сонячної системи - у атмосфері Венери, соціальній та атмосфері Іо, супутнику Юпітера.

Міраж - французького походження і має два значення: відображення та оманливе явище. Міражі - це явища, опис яких часто зустрічається в художній літературі. Ось уривок із французької казки "Принцеса Дангобер":

"Матроси залізли на реї, а капітан узяв підзорну трубу і побачив замок, що висить на золотих ланцюгах між небом та землею". Здогадайтеся, про яке явище йдеться?

Міраж є зображенням реально існуючого землі предмета, часто збільшене і сильно спотворене. Вони бувають верхні, нижні та складні.

Нижні (озерні) виникають над сильно нагрітою поверхнею. Спостерігають їх у пустелях та спекотних степах. Повітря біля землі сильно нагріте, і його показник заломлення менше, ніж у холодного повітря, що лежить більш високо. Відображення у цьому шарі аналогічне відбитку у воді. Верхнівиникають, навпаки, над сильно охолодженою поверхнею, наприклад над холодною водою. Вони спостерігаються у північних широтах. У цьому випадку показник заломлення повітря вище поверхні води і зменшується з висотою. СкладніМіражі називаються фата - моргана, виникають одночасно, тобто коли є умови і для верхнього міражу і для нижнього. Складні міражі мають вигляд примарних палаців, замків, лук і садів, при цьому вся картина швидко зникає.

Питання: Легенда про "летючого голландця" - це теж міраж?

Так, безперечно, це верхній міраж.

Захід сонця.

Викривлення ходу світлових променів в атмосфері пояснює не тільки міраж, а й напрочуд гарне оптичне явище - захід сонця. Справді, один захід сонця зовсім не схожий на інший. Але сонце, що завжди заходить, стає червоним.

Синій колір піднебіння пояснюється молекулярним розсіюванням світла на флуктуації щільності. Коефіцієнт розсіювання обернено пропорційний довжині хвилі в четвертому ступені. В результаті синьо-фіолетові промені розсіюються у 16 ​​разів сильніше, ніж червоні. Звідси блакитний колір неба. Коли сонце низько, шлях променів через атмосферу значно довший, ніж днем, коли сонце стоїть високо. Враховуючи, що сині промені сильніше розсіюються атмосферою, зрозуміло, що від сонця доходять до ока переважно помаранчеві та червоно-жовті промені. Тому сонце на заході сонця і на сході здається оранжево-червоним.

Питання: Проти сонця видно блискучу доріжку. Як вона утворюється? Чому доріжка завжди орієнтована на спостерігача?

Відповідь: Доріжка виникає на поверхні води внаслідок відбиття світла від дрібних хвиль, орієнтованих у різних напрямках. Тому відбиті промені попадають у око і кожен спостерігач бачить свою доріжку.

Дякую. Ми повторили та узагальнили знання