Физика цвета

В 1676 го­ду сэр Иса­ак Нью­тон с по­мо­щью трёх­гран­ной приз­мы раз­ло­жил бе­лый сол­неч­ный свет на цве­то­вой спектр. По­доб­ный спектр со­дер­жал все цве­та за ис­клю­че­ни­ем пур­пур­но­го.

Нью­тон ста­вил свой опыт сле­дую­щим об­ра­зом (рис. 1): сол­неч­ный свет про­пус­кал­ся че­рез уз­кую щель и па­дал на приз­му. В приз­ме луч бе­ло­го цве­та рас­слаи­вал­ся на от­дель­ные спек­траль­ные цве­та. Раз­ло­жен­ный та­ким об­ра­зом он на­прав­лял­ся за­тем на эк­ран, где воз­ни­ка­ло изо­бра­же­ние спек­тра. Не­пре­рыв­ная цвет­ная лен­та на­чи­на­лась с крас­но­го цве­та и че­рез оран­же­вый, жёл­тый, зе­лё­ный, си­ний кон­ча­лась фио­ле­то­вым. Ес­ли это изо­бра­же­ние за­тем про­пус­ка­лось че­рез со­би­раю­щую лин­зу, то со­еди­не­ние всех цве­тов вновь да­ва­ло бе­лый цвет. Эти цве­та по­лу­ча­ют­ся из сол­неч­но­го лу­ча с по­мо­щью пре­лом­ле­ния. Су­ще­ст­ву­ют и дру­гие фи­зи­че­ские пу­ти об­ра­зо­ва­ния цве­та, на­при­мер, свя­зан­ные с про­цес­са­ми ин­тер­фе­рен­ции, ди­фрак­ции, по­ля­ри­за­ции и флуо­рес­цен­ции.

Ес­ли мы раз­де­лим спектр на две час­ти, например — на крас­но-оран­же­во-жёл­тую и зе­лё­но-си­не-фио­ле­то­вую, и со­бе­рём ка­ж­дую из этих групп спе­ци­аль­ной лин­зой, то в ре­зуль­та­те по­лу­чим два сме­шан­ных цве­та, смесь ко­то­рых в свою оче­редь так­же даст нам бе­лый цвет.

Два цве­та, объ­е­ди­не­ние ко­то­рых да­ёт бе­лый цвет, на­зы­ва­ют­ся до­пол­ни­тель­ны­ми цве­та­ми.

Ес­ли мы уда­лим из спек­тра один цвет, на­при­мер, зе­лё­ный, и по­сред­ст­вом лин­зы со­бе­рём ос­тав­шие­ся цве­та — крас­ный, оран­же­вый, жёл­тый, си­ний и фио­ле­то­вый, — то по­лу­чен­ный на­ми сме­шан­ный цвет ока­жет­ся крас­ным, то есть цве­том до­пол­ни­тель­ным по от­но­ше­нию к уда­лён­но­му на­ми зе­лё­но­му. Ес­ли мы уда­лим жёл­тый цвет, — то ос­тав­шие­ся цве­та — крас­ный, оран­же­вый, зе­лё­ный, си­ний и фиолетовый — да­дут нам фио­ле­то­вый цвет, то есть цвет, до­пол­ни­тель­ный к жёл­то­му.

Ка­ж­дый цвет яв­ля­ет­ся до­пол­ни­тель­ным по от­но­ше­нию к сме­си всех ос­таль­ных цве­тов спек­тра.

В сме­шан­ном цве­те мы не мо­жем уви­деть от­дель­ные его со­став­ляю­щие. В этом от­но­ше­нии глаз от­ли­ча­ет­ся от му­зы­каль­но­го уха, ко­то­рое мо­жет вы­де­лить лю­бой из зву­ков ак­кор­да. Раз­лич­ные цве­та соз­да­ют­ся све­то­вы­ми вол­на­ми, ко­то­рые пред­став­ля­ют со­бой оп­ре­де­лён­ный род элек­тро­маг­нит­ной энер­гии.

Че­ло­ве­че­ский глаз мо­жет вос­при­ни­мать свет толь­ко при дли­не волн от 400 до 700 мил­ли­мик­рон:

1 микрон или 1 m = 1/1000 мм = 1/1 000 000 м.

1 миллимикрон или 1 mm = 1/1 000 000 мм.

Дли­на волн, со­от­вет­ст­вую­щая от­дель­ным цве­там спек­тра, и со­от­вет­ст­вую­щие час­то­ты (чис­ло ко­ле­ба­ний в се­кун­ду) для ка­ж­до­го приз­ма­ти­че­ско­го цве­та име­ют сле­дую­щие ха­рак­те­ри­сти­ки:

Цвет	Длина волны в н/м	Частота колебаний в секунду
Красный	800-650	400-470 млрд.
Оранжевый	640-590	470-520 млрд.
Жёлтый	580-550	520-590 млрд.
Зелёный	530-490	590-650 млрд.
Голубой	480-460	650-700 млрд.
Синий	450-440	700-760 млрд.
Фиолетовый	430-390	760-800 млрд.

От­но­ше­ние час­тот крас­но­го и фио­ле­то­во­го цве­та при­бли­зи­тель­но рав­но 1:2, то есть та­кое же, как в му­зы­каль­ной ок­та­ве.

Ка­ж­дый цвет спек­тра ха­рак­те­ри­зу­ет­ся сво­ей дли­ной вол­ны, то есть он мо­жет быть со­вер­шен­но точ­но за­дан дли­ной вол­ны или час­то­той ко­ле­ба­ний. Све­то­вые вол­ны са­ми по се­бе не име­ют цве­та. Цвет воз­ни­ка­ет лишь при вос­при­ятии этих волн че­ло­ве­че­ским гла­зом и моз­гом. Ка­ким об­ра­зом он рас­по­зна­ёт эти вол­ны до на­стоя­ще­го вре­ме­ни ещё пол­но­стью не из­вест­но. Мы толь­ко зна­ем, что раз­лич­ные цве­та воз­ни­ка­ют в ре­зуль­та­те ко­ли­че­ст­вен­ных раз­ли­чий све­то­чув­ст­ви­тель­но­сти.

Ос­та­ёт­ся ис­сле­до­вать важ­ный во­прос о кор­пус­ном цве­те пред­ме­тов. Ес­ли мы, на­при­мер, по­ста­вим фильтр, про­пус­каю­щий крас­ный цвет, и фильтр, про­пус­каю­щий зе­лё­ный, пе­ред ду­го­вой лам­пой, то оба фильт­ра вме­сте да­дут чёр­ный цвет или тем­но­ту. Крас­ный цвет по­гло­ща­ет все лу­чи спек­тра, кро­ме лу­чей в том ин­тер­ва­ле, ко­то­рый от­ве­ча­ет крас­но­му цве­ту, а зе­лё­ный фильтр за­дер­жи­ва­ет все цве­та, кро­ме зе­лё­но­го. Та­ким об­ра­зом, не про­пус­ка­ет­ся ни один луч, и мы по­лу­ча­ем тем­но­ту. По­гло­щае­мые в фи­зи­че­ском экс­пе­ри­мен­те цве­та на­зы­ва­ют­ся так­же вы­чи­тае­мы­ми.

Цвет пред­ме­тов воз­ни­ка­ет, глав­ным об­ра­зом, в про­цес­се по­гло­ще­ния волн. Крас­ный со­суд вы­гля­дит крас­ным по­то­му, что он по­гло­ща­ет все ос­таль­ные цве­та све­то­во­го лу­ча и от­ра­жа­ет толь­ко крас­ный.

Ко­гда мы го­во­рим: «эта чаш­ка крас­ная», то мы на са­мом де­ле име­ем в ви­ду, что мо­ле­ку­ляр­ный со­став по­верх­но­сти чаш­ки та­ков, что он по­гло­ща­ет все све­то­вые лу­чи, кро­ме крас­ных. Чаш­ка са­ма по се­бе не име­ет ни­ка­ко­го цве­та, цвет соз­да­ёт­ся при её ос­ве­ще­нии. Ес­ли крас­ная бу­ма­га (по­верх­ность, по­гло­щаю­щая все лу­чи кро­ме крас­но­го) ос­ве­ща­ет­ся зе­лё­ным све­том, то бу­ма­га по­ка­жет­ся нам чёр­ной, по­то­му что зе­лё­ный цвет не со­дер­жит лу­чей, от­ве­чаю­щих крас­но­му цве­ту, ко­то­рые мог­ли быть от­ра­же­ны на­шей бу­ма­гой. Все жи­во­пис­ные крас­ки яв­ля­ют­ся пиг­мент­ны­ми или ве­ще­ст­вен­ны­ми. Это впи­ты­ваю­щие (по­гло­щаю­щие) крас­ки, и при их сме­ши­ва­нии сле­ду­ет ру­ко­во­дство­вать­ся пра­ви­ла­ми вы­чи­та­ния. Ко­гда до­пол­ни­тель­ные крас­ки или ком­би­на­ции, со­дер­жа­щие три ос­нов­ных цвета — жёл­тый, крас­ный и синий — сме­ши­ва­ют­ся в оп­ре­де­лён­ной про­пор­ции, то ре­зуль­та­том бу­дет чёр­ный, в то вре­мя как ана­ло­гич­ная смесь не­ве­ще­ст­вен­ных цве­тов, по­лу­чен­ных в нью­то­нов­ском экс­пе­ри­мен­те с приз­мой да­ет в ре­зуль­та­те бе­лый цвет, по­сколь­ку здесь объ­е­ди­не­ние цве­тов ба­зи­ру­ет­ся на прин­ци­пе сло­же­ния, а не вы­чи­та­ния.

Дата добавления: 2014-11-25