Восприятие световых волн человеческим глазом

Видео: Цвет. Основные понятия и физиология глаза

Человеческий глаз воспринимает световые волны разной длины или их комбинации как разные цвета. Смесь всех видимых цветов мы воспринимаем как белый.

Видимый свет - это электромагнитное излучение, длины волн которого содержатся в диапазоне от 390 до 740 нм.

Рецепторы в сетчатке человеческого глаза регистрируют общую интенсивность света и соотношение имеющихся в нем частот. Эти рецепторы порождают нервные импульсы, которые мозг интерпретирует как яркость и цвет. Например, свет с частотой 575 нм распознается как зеленовато-желтый цвет.

Белый свет

Свет, поступающий от Солнца и от ламп накаливания, называется белым, потому что оно не выглядит окрашенным. Если пучок белого света падает на призму, он выходит из нее в виде полос разного цвета. Эти полосы образуют сплошную последовательность, или спектр, где цвета расположены в таком порядке: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий и фиолетовый. Длина волн света разных цветов уменьшается от красного цвета до фиолетового. Смешивание всех этих лучей дают белый свет.

Характеристики цвета

Цвета характеризуют по трем качествам: цветность, насыщенность и яркость. Цветность описывает длины волн окрашенного света. Насыщенность свидетельствует о силе цвета. Красный, например, - это более насыщенный вариант розового цвета. Яркость - это количество энергии электромагнитного излучения. Таким образом, если сила света, который освещает эту страницу, увеличится, то яркость всех красок на ней также увеличится.

Источники цвета

Лишь некоторые источники света непосредственно излучают цветные лучи. Примером служат натриевые лампы низкого давления, освещающие некоторые дороги. Электрический разряд заставляет пары натрия светиться ярким оранжевым светом.

Солнечный свет и свет лампочек накаливания кажутся белыми, так как содержат примерно в одинаковых количествах все длины волн видимого спектра. Большинство источников окрашенного света используют изъятие из белого света определенных участков спектра. Стоп-сигнал светофора выглядит красным, потому что там есть фильтр, который поглощает лучи белой лампы всех длин волн, кроме красного.



Окрашенные предметы поглощают определенные частоты видимого спектра и отражают остальные. Отраженный свет порождает тот цвет, который мы видим. Красный помидор, например, поглощает все цвета, кроме красного. Есть помидоры красные, а есть и оранжевые. Эти различия цветов вызваны изменениями соотношения частот световых волн, отраженных каждым помидором. Лист белой бумаги отражает волны всех частот. Черный предмет поглощает весь свет, падающий на него.

Цвет и поведение электронов

Электроны в атомах и молекулах движутся по орбитам, на которых они имеют разную энергию. Энергия света зависит от длины волн. Когда тело поглощает свет, электроны сразу перепрыгивают из низших энергетических уровней на более высокие. Затем эти возбужденные электроны переходят обратно на более низкие энергетические уровни, выделяя при этом излучение, энергия которого соответствует разности энергий начального и конечного уровней.

Красители и пигменты

Многие растения и животные содержат в себе окрашенные вещества. Оранжевый цвет моркови, в частности, вызван естественным химическим соединением, что называется бета-каротином. Молекулы таких веществ часто содержат цепочки атомов углерода, соединенных между собой одиночными и двойными связями, которые чередуются. Электроны этих связей поглощают видимый свет, переходя с одного энергетического уровня на другой.

Химики используют знания о природных красителях для разработки искусственных красителей и пигментов, которые используются для окрашивания тканей и производства цветных пластмасс, красок и чернил.

Оптические эффекты

Когда солнечный свет падает на пятно мазута или бензина на мокрой дороге, тонкая пленка вещества, которая плавает на поверхности воды, кажется окрашенной в цвета радуги. Белый цвет отражается одновременно и от верхней и от нижней поверхностей пленки. Когда отраженные лучи пересекаются, некоторые длины волн усиливают друг друга, а другие гасятся, и отраженный свет становится окрашенным.

Цвет зависит от толщины мазутной пленки и от угла, под которым на нее смотреть. Когда пятно движется, цвета «играют» и переливаются. Этим явлением объясняется окраска мыльных пузырей и крыльев некоторых насекомых.