Свет и цвет в природе
Возможность разложения света была впервые обнаружена Исааком Ньютоном. Узкий луч света, пропущенный им через стеклянную призму, преломился и образовал на стене разноцветную полоску — спектр.
По цветовым признакам спектр можно разделить на две части. В одну часть входят красные, оранжевые, желтые и желто-зеленые цвета, а в другую — зеленые, голубые, синие и фиолетовые.
Длина волн лучей видимого спектра различна и лежит приблизительно в пределах от 380 до 760 нм(ммк). За прёделамп видимой части спектра располагается невидимая его часть. Участки спектра с длиной волны более 780 нм называются инфракрасными, или тепловыми. Они легко обнаруживаются термометром, установленным на этом участке спектра. Участки спектра с длиной волны менее 380 нм называются ультрафиолетовыми. Эти лучи химически активны; они разрушают несветопрочные пигменты и ускоряют старение лакокрасочных пленок.
Световые лучи, исходящие от различных источников света, имеют неодинаковый спектральный состав и поэтому значительно отличаются по цвету. Например, свет обычной электрической лампочки желтее солнечного света. Объясняется это тем, что в спектре луча дневного света преобладают волны, соответствующие синему цвету, в то время как в спектре электрической лампочки с вольфрамовой и особенно с угольной нитью преобладают красные и оранжевые цветовые волны. Поэтому один и тот же предмет может принимать различную окраску в зависимости от того, каким источником света он освещен.
Вследствие этого и окраска комнаты и предметов, находящихся в ней, воспринимается нами при естественном и искусственном освещении с различными цветовыми оттенками.
Поэтому, подбирая красочные составы для окраски, необходимо учитывать условия освещения во время эксплуатации.
Цвет каждого предмета зависит от его физических свойств, т. е. способности отражать, поглощать или пропускать лучи света. Лучи света, падающие на поверхность, делятся на отраженные, поглощенные и пропущенные.
Тела, почти полностью отражающие или поглощающие лучи света, воспринимаются нами как непрозрачные, а тела, пропускающие значительное количество света, — как прозрачные (стекло).
Если поверхность или тело отражает или пропускает в одинаковой степени все лучи видимой части спектра, то такое отражение или пропускание светового потока называется неизбирательным.
Так, предмет кажется черным, если он поглощает в равной степени почти все лучи спектра, и белым, если отражает в равной степени почти все лучи спектра.
Если смотреть на предметы через бесцветное стекло, их цвет останется для нас прежним. Следовательно, бесцветное стекло почти полностью пропускает все цветовые лучи спектра, за исключением незначительного количества отраженного и поглощенного света, также состоящего из всех цветовых лучей спектра.
Если же заменить бесцветное стекло синим, то все предметы за стеклом покажутся синими (синее стекло пропускает в основном только синие лучи спектра, поглощая почти полностью лучи остальных цветов).
Цвет непрозрачных предметов также зависит от отражения и поглощения поверхностью волн различного спектрального состава. Так, предмет кажется синим, если он отражает только синие лучи, а все остальные поглощает; если же предмет отражает красные и поглощает все остальные лучи спектра, он воспринимается как красный, и т. д.
Такое пропускание и поглощение предметами лучей называется избирательным.
Ахроматические и хроматические тона. Существующие в природе цвета по цветовым свойствам можно разделить на две группы: ахроматические, или бесцветные, и хроматические, или цветные.
К ахроматическим тонам относятся белый, черный и целый ряд промежуточных серых тонов.
Группа хроматических цветовых тонов состоит из красных, оранжевых, желтых, зеленых, фиолетовых и бесчисленного множества промежуточных цветов.
Луч света от предметов, окрашенных в ахроматические тона, отражается, не претерпев каких-либо заметных изменений. Поэтому эти тона воспринимаются нами только как белые или черные с целым рядом промежуточных серых оттенков, которые в этом случае зависят исключительно от способности тела поглощать или отражать все лучи спектра. Чем больше света отражает предмет, тем он кажется белее, и чем большее количество света предмет поглощает, тем он кажется чернее.
В природе не существует материала, отражающего или поглощающего все 100% падающего на него света, поэтому нет ни идеально белого, ни идеально черного тона. Самый белый тон имеет порошок химически чистого сернокислого бария, спрессованный в плитку, который отражает 94% падающего на него света; цинковые белила несколько темнее сернокислого бария, свинцовые белила еще темнее и далее, по мере уменьшения белизны, располагаются: гипс, литопонные белила, писчая бумага высшего сорта, мел и т. д. Наиболее темной считается поверхность черного бархата, отражающего около 0,2% света. Таким образом, ахроматические тона отличаются один от другого только светлотой. Человеческий глаз различает около 300 ахроматических оттенков.
Хроматические цвета обладают тремя свойствами: цветовым тоном, светлотой и насыщенностью цвета.
Цветовым тоном называют такое свойство цвета, которое позволяет глазу человека воспринимать и определять красный, желтый, синий и другие спектральные цвета. Он определяется длиной волны. Цветовых тонов существует значительно больше, чем названий для них.
Основным, естественным рядом цветовых тонов является солнечный спектр, в котором цветовые тона располагаются так, что постепенно и непрерывно переходят один в другой; красный через оранжевый переходит в желтый, далее через светло-зеленый и темно-зеленый — в голубой, затем в синий и, наконец, в фиолетовый.
Светлота — это свойство цветной поверхности отражать большее или меньшее количество падающих лучей света. При большем отражении света мы воспринимаем цвет поверхности как светлый, при меньшем — как темный. Это свойство является общим для всех тонов, как хроматических, так и ахроматических, поэтому по светлоте можно сравнивать любые тона. К хроматическому цвету любой светлоты легко подобрать подобный ему по светлоте ахроматический тон.
Для практических целей при определении светлоты пользуются так называемой серой шкалой, которая состоит из набора выкрасок ахроматических тонов, постепенно переходящих от наиболее черного, темно-серого, серого и светло-серого к почти белому. Эти выкраски наклеены между отверстиями в картоне, против каждой выкраски обозначен коэффициент отражения данного тона. Шкалу накладывают на исследуемую поверхность и, сопоставляя ее с вы-краской, просматриваемой через отверстия шкалы, определяют светлоту.
Насыщенностью хроматического цвета называют степень отличия этого цвета от ахроматического серого, равного ему по светлоте.
Это свойство хроматических цветов можно представить яснее, прибавляя к какому-либо спектральному цвету, например желтому, немного серого, равного ему по светлоте. В этом случае цветовой тон не изменится, так как прибавляемый ахроматический тон не имеет цветового тона, не изменится и светлота цветового тона, так как добавляемый серый равен ему по светлоте. Но полученный желтый цвет будет заметно отличаться от первоначального—он посереет, станет менее желтым. Продолжая дальнейшее прибавление серого тона к желтому, получают ряд промежуточных желтых цветовых тонов, все более серых, вплоть до того, что желтый цвет будет едва заметным. Таким образом, при прибавлении к желтому цвету серого насыщенность желтого цвета непрерывно снижается до минимально возможного.
Предельно насыщенными, а следовательно, и чистыми являются цвета спектра. Остальные хроматические цвета тем насыщенней, чем чище и ближе к спектральным.
Снижение насыщенности цветовых тонов достигается прибавлением не только серого тона, но и любого ахроматического — от черного до белого. При прибавлении черного получают темно-зеленые, темно-синие, коричневые, а белого — розовые, бледно-зеленые, светло-голубые тона. При постепенном прибавлении белого одновременно с уменьшением насыщенности возрастает светлота.
Смешение цветов. Восприятие цветов, которые мы видим вокруг себя, вызывается действием на глаз сложного цветового потока, состоящего из световых волн различной длины. Но впечатление пестроты и многоцветности не создается, гак как глаз обладает свойством смешивать разнообразные цвета.
Для изучения законов смешивания цветов пользуются приборами и приемами, дающими возможность смешивать цвета в различной пропорции.
С помощью трех проекционных фонарей с лампами достаточной мощности и трех светофильтров — синего, зеленого и красного — можно получить различные смешанные цвета. Для этого перед объективом каждого фонаря устанавливают светофильтры и направляют цветовые пучки на белый экран. При попарном наложении цветовых пучков на один и тот же участок получают три разнообразных цвета: сочетание синего и зеленого дает голубое пятно, зеленого и красного — желтое, красного и синего — пурпурное. В центре, где все три цветовые пучка взаимно перекрываются, при соответствующей регулировке интенсивности световых пучков с помощью диафрагм или серых светофильтров можно получить белое пятно.
Простой прибор для смешивания цветов — это вертушка-юла. Два бумажных кружка разного цвета, надрезанные по радиусу и имеющие одинаковый диаметр, вставляют один в другой. При этом образуется двухцветный диск, в котором, перемещая кружки, можно изменять величину цветных секторов. Собранный диск надевают на ось вертушки и приводят в движение. От быстрого чередования цвет двух секторов сливается в один. Создается впечатление, что кружок одноцветный. В лабораторных условиях обычно пользуются вертушкой с электродвигателем, имеющим скорость вращения не менее 2000 об/мин.
С помощью вертушки можно смешать несколько цветов, совмещая одновременно соответствующее количество разноцветных дисков.
В практике широко применяют пространственное смешение цветов, которое основано на получении зрительного эффекта в результате смешения двух или более цветов, расположенных близко один к другому и рассматриваемых с достаточно большого расстояния.
На принципе пространственного смешения цветов построено применение в отделочных работах накатывания разноцветных рисунков по цветному фону, набрызг и т. п.
Описанные способы смешения цветов являются оптическими, так как цвета складываются или сливаются в один суммарный цвет на сетчатке нашего глаза. Этот вид смешения носит название слагательного, или аддитивного.
Но не всегда при смешении двух хроматических цветов получается смешанный хроматический цвет. В отдельных случаях, если один из хроматических цветов дополнить специально подобранным к нему другим хроматическим цветом и смешать их в строго определенной пропорции, может получиться ахроматический тон. Если при этом были использованы хроматические цвета, близкие по чистоте цветового тона к спектральным, получающийся новый цвет окажется белым или светло-серым. Если пропорциональность при смешении нарушена, цветовой тон окажется того цвета, которого было взято больше, причем насыщенность тона понизится.
Два хроматических цвета, образующих при смешении в определенной пропорции ахроматический тон, называются взаимно дополнительными цветами. Смешение дополнительных цветов никогда не может дать нового цветового тона. В природе существует множество пар взаимно дополнительных цветов, но для практических целей из основных пар дополнительных цветов создают цветовой круг из восьми цветов, в котором взаимно дополнительные цвета размещают на противоположных концах одного диаметра.
В этом круге красному цвету соответствует дополнительный голубовато-зеленый, оранжевому — голубой, желтому — синий, желто-зеленому— фиолетовый. Следует отметить, что в любой паре дополнительных цветов один всегда принадлежит к группе теплых, а другой — к группе холодных.
В зависимости от того, в пределах какого интервала расположены цветовые тона, их сочетания приобретают большую или меньшую гармонию. Наиболее гармоничны цветовые тона, расположенные в пределах больших и малых интервалов, наименее — в пределах средних интервалов (1/4 окружности).
Помимо слагательного существует вычитательное, или механическое, смешение цветов. Этот вид смешения в отличие от оптического состоит в механическом смешении красок непосредственно на палитре, красочных составов — в емкостях или же в нанесении двух красочных прозрачных слоев один на другой (лессировка).
При механическом смешении красок получается не оптическое сложение цветных лучей на сетчатке глаза, а наоборот, вычитание из белого луча, освещающего нашу цветную смесь, тех лучей, которые поглощаются цветными частицами красок. Так, при освещении белым лучом света предмета, окрашенного цветной смесью пигментов синего и желтого цвета, например берлинской лазурью и желтым кадмием, синие частицы берлинской лазури поглотят красные,, оранжевые и желтые лучи, а желтые частицы кадмия — фиолетовые, синие и голубые. Непоглощенными останутся зеленые и близкие к ним голубовато-зеленые и желто-зеленые лучи, которые, отразившись от предмета, и будут восприняты сетчаткой нашего глаза.
Примером вычитательного смешения цветов может служить луч света, пропущенный через три стекла — желтого, голубого и пурпурного цветов, — поставленных одно за другим, и направленный на белый экран. В местах перекрытия двух стекол — пурпурного и желтого — получится красное пятно, желтого и голубого — зеленое,, голубого и пурпурного — синее. В местах же одновременного перекрытия трех цветов появится черное пятно.
Количественная оценка цвета. Для цветового тона, чистоты цвета и отражения цветом света установлены количественные оценки.
Цветовой тон определяется длиной его волны и лежит в пределах от 380 до 780 нм. Условно цветовой тон обозначают греческой буквой к (ламбда).
Такое определение цвета можно изобразить графически в виде диаграммы, в свое время построенной Исааком Ньютоном. Диаграмма представляет собой окружность, по которой в спектральной последовательности расположены основные цвета спектра. Круг замыкается смешанным красно-фиолетовым (пурпурным) цветом. В центре круга помещается белый тон с Р = 0,0. От центра к основной окружности расположились на равном расстоянии пять кон-Центрических кругов с отметками, обозначающими чистоту спектральных цветов, — 0,2; 0,4; 0,6; 0,8. По радиусам, идущим от центра к части окружности, обозначающей тот или иной спектральный цвет, располагается этот же спектральный цвет, но с различной чистотой от белого до спектрально чистого. На рис. 55 точкой обозначено расположение на диаграмме светло-оранжевого цвета с длиной волны к = 600 нм и чистотой цвета Р = 0,4.
В настоящее время действует система графического определения цвета, построенная в прямоугольных координатах на основе трех основных цветов — красного, зеленого и синего.
Третья количественная оценка цвета — коэффициент отражения цветом света, который условно обозначается греческой буквой g (ро). Он всегда меньше единицы. Коэффициенты отражения окрашенных или облицованных различными материалами поверхностей оказывают огромное влияние на освещенность помещений и всегда принимаются во внимание при проектировании отделки зданий различного назначения. С увеличением чистоты цвета коэффициент отражения уменьшается, и наоборот, с потерей цветом чистоть! и приближением его к белому коэффициент отражения увеличивается.
Рабочим, занимающимся отделкой помещений, необходимо знать коэффициенты отражения света различными материалами, используемыми при окрасках, оклеивании обоями, облицовке поверхностей.
При окраске и облицовке поверхностей применяют цвета, отражающие свет в следующих процентах: потолки — 70—85; стены (верхняя часть) —60—80; стены (панели) —50—65; мебель и оборудование— 50—65; полы — 30—50. При этом матовые окраски и облицовки с диффузным (рассеянным) отражением света создают условия наиболее равномерного (без бликов) освещения, что обеспечивает нормальные условия для органов зрения.
Малярные работы - Свет и цвет в природе
Остались вопросы по теме - "Свет и цвет в природе", задайте их на