3. Физические основы цвета
3.1 История теории о свете
С начала времен и по сегодняшний день лучшие умы человечества размышляли над загадкой видимого мира и зрительного восприятия. Пришли к заключению, что цвет тесно связан со светом, а в большинстве случаев, просто невозможен без него. Таким образом, свет и цвет являясь одновременно и предметом духовных и эстетических исканий, и считаясь философской или теософской проблемой, рассматривались и с точки зрения естественных наук – физики и физиологии.
Долгое время содержание понятий света и цвета было неразрывно связано с восприятием художника или ученого, исследовавшего этот вопрос, а значит, было субъективным и зависело от физиологии, психологии и способности исследователей осознать и выразить свои впечатления.
Ещё в XVI веке удалось отделить свет от зрения благодаря опытам с "камерой-обскурой", позволившим получить изображение объектов действительного мира не только в глазу или на картинах. Однако объективная наука о свойствах света утверждается только в XVII веке в рамках физической оптики. Объективность цвета и света доказывается исследованиями Декарта, Гука, Гюйгенса и, особенно, Ньютона.
Наибольшее практическое значение для нас имеют открытия Исаака Ньютона, которые заключаются в следующем:
-
разложение белого света на спектр.
-
доказал закономерность возникновения цветных лучей и их последовательности в спектре.
-
открыл, что различный угол преломления лучей разного цвета позволяет объяснить происхождение цвета на поверхности тел. Тела имеют различную окраску, потому что их поверхности способны отражать одни лучи и поглощать другие.
-
создал объективную физическую основу систематики цвета, выделив цвета, наиболее различаемые глазом, как основные: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий и фиолетовый.
-
изучив результаты смешения цветных лучей, создал простейший инструмент для их расчета - спектр, замкнутый в круг.
После Ньютона оптика как наука разделилась на собственно физическую оптику и физиологическую. Было сделано немало открытий в обеих областях и создано несколько теорий о свете.
1. Свет как электромагнитное волновое движение. Электромагнитная волна – это распространяющееся в пространстве электромагнитное поле. Электромагнитные волны переносят энергию. Одной из ключевых характеристик света является длина волны.
Длина волны – это расстояние, на которое распространяется колебание за время одного периода, где период – это наименьшее время за которое повторяется каждое значение изменяющейся величины.
Скорость распространения всех видов электромагнитных колебаний величина постоянная и равна приближенно 300 000 км/с. Диапазон длин волн оптического излучения (света) заключен между величинами 380 и 760 нм (нанометров, 1 нм = 10-9м). К оптическому излучению примыкают невидимые электромагнитные излучения, также причисляемые к световым - ультрафиолетовые (380-10 нм) и инфракрасные (760 нм - 0,01 см).
В оптической области каждой длине волны соответствует ощущение, какого-либо цвета:
Границы участков, нм |
Цвет |
760—620 |
Красный |
620—585 |
Оранжевый |
585—575 |
Желтый |
575—550 |
Желто-зеленый |
550—510 |
Зеленый |
510—480 |
Голубой |
480—450 |
Синий |
450—380 |
Фиолетовый |
В спектре белого солнечного света различают семь основных цветов, перечисленных выше (кроме желто-зеленого). Глаз среднего наблюдателя способен различить в спектре белого света около 120 цветов. Это так называемый непрерывный спектр, характерный для всех тел накаливания, т. е. таких источников света, у которых энергия теплового излучения преобладает над световой. В спектре идеально белого света лучи всех длин волн несут одинаковую энергию.
Для удобства обозначения цветов принято деление спектра оптического излучения на три области:
-
длинноволновую – 760-600 нм (от красного до оранжевого);
-
средневолновую – 600-500 нм (от оранжевого до голубого);
-
коротковолновую – 500-380 нм (от голубого до фиолетового).
Это деление оправдывается качественными различиями между цветами, входящими в различные области спектра.
2. Современная наука определяет цвет как ощущение, возникающее в органе зрения человека при воздействии на него света.
Цвет тела определяется диапазоном длин волн, отражаемых его поверхностью. Физические тела отражают или пропускают волны, соответствующие собственному цвету, и поглощают волны остальной части спектра. Поверхности белого цвета почти полностью отражают волны всех длин спектра. Поверхности черного цвета, в свою очередь, поглощают практически полностью волны всех длин.
Все цвета подразделяются на хроматические и ахроматические. Ахроматическими называют белый, черный и все серые цвета. В их спектры входят лучи всех длин волн в равной степени (практически это равенство всегда несколько нарушается). График спектров ахроматических цветов представляет собой прямую.
К хроматическим цветам относятся все спектральные, а также многие другие природные цвета. В спектрах хроматических цветов всегда имеется преобладание какой-либо одной длины волны (максимум). Натуральные, природные цвета являются составными, так как имеют спектр достаточно широкого диапазона. Кроме длин волн, обладающих максимальной энергией и определяющих, собственно, тон данного цвета, они содержат как бы примесь белого света [Медиатека по цветоведению].