Какая характеристика световой волны определяет цветовое ощущение
Свет и цвет. Природа цвета и его физические основы
Ежедневно человек сталкивается с множеством факторов внешней среды, воздействующих на него. Одним из таких факторов, оказывающих сильное влияние, является цвет. Известно, что цвет может быть виден человеком лишь при свете, в темноте мы не видим никаких цветов. Световые волны воспринимаются человеческим глазом. Мы видим предметы потому, что они отражают свет и потому, что наш глаз способен воспринять эти отраженные лучи. Лучи солнечного или электрического света – световые волны в зрительном аппарате человека преобразуется в ощущение. Это преобразование происходит в три этапа: физический, физиологический, психологический.
Физический – излучение света; физиологический – воздействие цвета на глаз и преобразование его в нервные импульсы, идущие в мозг человека; психологический – восприятие цвета.
Физический этап формирования зрительного восприятия заключается в преобразовании энергии видимого излучения различными средами в энергию измененного потока излучения и изучается физикой.
Видимое излучение называют светом. Свет – видимая часть электромагнитного спектра, это частный случай электромагнитного излучения. Физики шутят, что свет – самое темное место в физике. Свет имеет двойственную природу: при распространении он ведет себя как волна, а при поглощении и излучении – как поток частиц. Итак, свет принадлежит пространству, а цвет – предмету. Цвет – это ощущение, которое возникает в органе зрения человека при воздействии на него света [25, с. 167].
В цветоведении принято рассматривать свет как электромагнитное волновое движение. В области видимого излучения каждой длине волны соответствует ощущение какого-либо цвета.
В спектре белого солнечного света различают семь основных цветов: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый. Глаз среднего наблюдателя способен различить в спектре белого света около 120 цветов. Для удобства обозначения цветов принято деление спектра оптического излучения на три зоны:
– длинноволновую – от красного до оранжевого;
– средневолновую – от оранжевого до голубого;
– коротковолновую – от голубого до фиолетового.
Это деление оправдывается качественными различиями между цветами, входящими в различные области спектра. Каждый цвет спектра характеризуется своей длиной волны (таблица 1), т.е. он может быть точно задан длиной волны или частотой колебаний. Самые короткие волны – фиолетовые, самые длинные – красные. Световые волны сами по себе не имеют цвета. Цвет возникает лишь при восприятии этих волн зрительным аппаратом человека.
Глаз способен воспринимать волны длиной от 400 до 700 нанометров (нанометр – одна миллиардная метра, единица измерения длины световых волн).
Таблица 1. Соответствие диапазонов длин волн ощущениям цветов
С двух сторон от видимой части спектра находятся ультрафиолетовые и инфракрасные области, которые не воспринимаются человеческим глазом, но могут улавливаться специальным оборудованием (таблица 2). С помощью инфракрасного излучения работают камеры ночного видения, а ультрафиолетовое излучение хоть и невидимо человеческому глазу, но может нанести зрению значительный вред. Скорость распространения всех видов волн электромагнитных колебаний равна приближенно 300 000 км/с.
Таблица 2. Разновидности электромагнитных излучений
Световые волны попадают на сетчатку глаза, где воспринимаются светочувствительными рецепторами, передающими сигналы в мозг, и уже там складывается ощущение цвета. Это ощущение зависит от длины волн и интенсивности излучения. А все предметы, которые нас окружают, могут или излучать свет (цвет), или отражать или пропускать падающий на них свет частично или полностью.
Например, если трава зеленая, это значит, что из всего диапазона волн она отражает в основном волны зеленой части спектра, а остальные поглощает. Когда мы говорим «эта чашка красная», то мы на самом деле имеем в виду, что она поглощает все световые лучи, кроме красных. Чашка сама по себе не имеет никакого цвета, цвет создается при ее освещении [14, с. 18]. Таким образом, красная чашка отражает в основном волны красной части спектра. Если мы говорим, что какой-либо объект имеет какой-либо цвет, это значит, что на самом деле этот объект (или его поверхность) имеет свойство отражать волны определенной длины, и отраженный свет воспринимается как цвет предмета. Если предмет полностью задерживает падающий свет, он будет казаться нам черным, а если отражает все падающие лучи – белым. Правда, последнее утверждение будет верным лишь в том случае, если свет будет белым, неокрашенным. Если же свет приобретает какой-либо оттенок, то и отражающая поверхность будет иметь такой же оттенок. Это можно наблюдать на закате солнца, которое окрашивает все вокруг багряными тонами, или в сумеречный зимний вечер, когда снег кажется синим. Эксперимент с использованием окрашенного цвета довольно любопытно описывает И. Иттен в своей книге «Искусство цвета» [15, с. 83].
Каким образом зрительный аппарат распознает эти волны, до настоящего времени еще полностью не известно. Мы знаем только то, что различные цвета возникают в результате количественных различий светочувствительности.
В данном контексте логично было бы напомнить еще одно определение цвета. Цвет – это различное число колебаний световых волн данного источника света, воспринимаемых нашим глазом в виде определенных ощущений, которые мы называем цветовыми [9, с. 6].
Ощущение цвета создается при условии преобладания в цвете волн определенной длины. Но если интенсивность всех волн одинаковая, то цвет воспринимается как белый или серый. Не излучающий волн предмет воспринимается как черный. В связи с этим все зрительные ощущения цвета разделяются на две группы: хроматические и ахроматические.
Ахроматическими называют белый, черный цвета и все серые цвета. В их спектр входят лучи всех длин волн в равной степени. Если же возникает преобладание какой-то одной длины волны, то такой цвет становится хроматическим. К хроматическим цветам относятся все спектральные и другие природные цвета.
2.2. Основные характеристики цвета
Для однозначности определения (спецификации) цвета часто используется система психофизических характеристик. К ним относятся следующие характеристики:
Цветовой тон – качество цвета, позволяющее дать ему название (например, красный, синий и т.д.). Интересно, что нетренированный глаз при ярком дневном освещении различает до 180 цветовых тонов, а развитый человеческий глаз способен различать около 360 оттенков цвета. Ахроматические цвета не имеют цветового тона.
Светлота – это степень отличия данного цвета от черного. В спектральных цветах самым светлым является желтый цвет, самым темным – фиолетовый. В пределах одного цветового тона степень светлоты зависит от применения белого. Светлота – степень, присущая как хроматическим, так и ахроматическим цветам. Оттенки одного цвета различной светлоты называют монохромными.
Насыщенность – это степень отличия хроматического цвета от равного по светлоте ахроматического. Так, если чистый спектральный цвет, например красный, принять за 100%, то при смешении 70% красного и 30% белого насыщенность полученной смеси будет равна 70%. От насыщенности зависит степень восприятия цвета.
Наиболее насыщены цвета спектра, причем самый насыщенный из них фиолетовый, а менее всего насыщен желтый.
Ахроматические цвета можно назвать цветами нулевой насыщенности.
Натренированный человеческий глаз может различить около 25 оттенков цвета по насыщенности, от 65 оттенков – по светлоте при высокой освещенности и до 20 – при пониженной.
Собственные и несобственные качества цвета. Цвет, тон, светлота, насыщенность называют собственнымикачествами цвета. Собственные качества – это те качества, которые ему объективно присущи.
Несобственные качества цветам объективно не присущи, а возникают вследствие эмоциональной реакции при их восприятии. Мы говорим, что цвета бывают теплые и холодные, легкие и тяжелые, глухие и звонкие, выступающие и отступающие, мягкие и жесткие. Эти характеристики важны для художника, так как посредством их усиливается выразительность и эмоциональный настрой произведения [22, с. 59].
Изменение объемности изображения зависит от насыщенности цвета (рис. 1) Активно насыщенные цвета делают изображение более объемным, нежели цвета слабо насыщенные или затемненные. Разбел и затемнение не только снижают активность цвета, но и ослабляют цветовые контрасты между пятнами. Монохромное изображение, так же как и насыщенное, способно активно передать объем, приближенный к ахроматическому варианту [22, с. 59].
Рис. 1. Изменение объемности изображения в зависимости от насыщенности цвета:
а – оптимально насыщенные цвета; б – слабонасыщенные (высветленные) цвета; в – ахроматический вариант; г – слабонасыщенные (затемненные) цвета; д – монохромное изображение объекта, рельефность, объем и эмоциональный настрой композиции. При использовании слабонасыщенных цветов (высветленных или затемненных) объем будет чувствоваться меньше, чем при использовании насыщенных.
Оптика. Квантовая физика
1.Свет – электромагнитные волны с длиной волны:
3. порядка нескольких дециметров
2. Какая характеристика световой волны определяет цветовое ощущение?
2. скорость распространения
4. поток энергии
3. Люкс – это освещённость поверхности:
1. площадью 1м 2 световым потоком в 1 лм, падающим перпендикулярно к поверхности;
2. площадью 1м 2 световым потоком в 1 лм;
3. площадью 1см 2 световым потоком в 1 лм, падающим перпендикулярно к поверхности.
4. Источник света считается точечным, если:
1. его размер мал и если он испускает свет по всем направлениям;
2. его размер мал по сравнению с расстоянием до места наблюдения и если он испускает свет равномерно по всем направлениям;
3. его размер мал по сравнению с расстоянием до места наблюдения.
5. Освещённостью Е поверхности S называется:
1. отношение светового потока, падающего на данную поверхность, к величине этой поверхности;
2. произведение светового потока, падающего на данную поверхность, на величину этой поверхности;
3. величина светового потока, падающего на данную поверхность;
6. Люкс – это освещённость поверхности:
1. площадью 1см 2 световым потоком в 1 лм, падающим перпендикулярно к поверхности.
2. световым потоком в 1 лм, падающим перпендикулярно к поверхности.
3. площадью 1м 2 световым потоком в 1 лм, падающим перпендикулярно к поверхности.
7. Основными частями люксметра являются:
1. измерительное устройство (чувствительный гальванометр) и фотоэлемент с насадками;
2. селеновый фотоэлемент с насадками;
3. измерительное устройство (чувствительный гальванометр).
8. Фотоэлемент-это устройство:
1. пропускающее свет определённой длины волны;
2. преобразующее световой поток в электрический ток;
3. пропускающее свет определённого цвета.
9. Единицей измерения освещённости является:
10. Найти соответствие между физической величиной и соответствующей единицей измерения:
3. Световой поток
11. Сила света измеряется:
1.световым потоком, создаваемым точечным источником света в 1 люмен;
2. световым потоком, распространяемым в единичном телесном угле.
3. световым потоком, создаваемым точечным источником света в единичном телесном угле.
12. Кандела –это сила света:
1.испускаемого с поверхности площадью 1/60 м 2 полного излучателя в перпендикулярном направлении при температуре излучателя, равной температуре затвердевания платины при давлении 101325 Па:
2. испускаемого с поверхности площадью 1/60000 м 2 полного излучателя в перпендикулярном направлении при температуре излучателя, равной температуре затвердевания серебра при давлении 101325 Па:
3. испускаемого с поверхности площадью 1/60000 м 2 полного излучателя в перпендикулярном направлении при температуре излучателя, равной температуре затвердевания платины при давлении 101325 Па:
13. Найти соответствие между физической величиной и соответствующим математическим выражением этой величины:
- сила света а) E=Ф/S
- освещённость б) Ф=I ·W
- световой поток в) I=Ф/W
14. Освещенность измеряют с помощью:
15. Для профилактики нарушения зрения имеет большое значение:
1. интенсивность освещенности рабочего места;
2. естественная освещенность;
3. искусственная освещенность.
16. Мощностью световой энергии называется:
1. количество энергии, переносимой электромагнитной волной через поверхность за одну секунду;
2. количество энергии, переносимой электромагнитной волной через поверхность;
3. световой поток, создаваемый точечным источником света в единичном телесном угле.
17. Мощность световой энергии рассчитывается по формуле:
18. Наибольшей чувствительностью глаз обладает к длине волны:
19. Источники монохроматического излучения, обладающие одинаковой мощностью, но испускающие свет различного цвета, представляются глазу:
1. одинаково яркими
2. неодинаково яркими
20. Наибольшей чувствительностью глаз обладает к:
2. красному свету
3. зелёному свету
4. жёлтому свету
5. фиолетовому свету
21.Предел разрешения – это.
1. наименьшее расстояние между двумя точками, видимыми в микроскопе раздельно
2. минимальный размер предмета, различимого через микроскоп
3. максимальный размер предмета, видимого через микроскоп полностью
4. минимальная длина волны света, проходящего через оптическую систему микроскопа без видимых искажений
05. Свет – электромагнитные волны с длиной волны.
3. порядка нескольких дециметров
22. Какая характеристика световой волны определяет цветовое ощущение?
Одновременный световой контраст
Явление светового контраста даже нашло отражение в поговорке: «чем ночь темней, тем звезды ярче». Суть явления в том, что светлое пятно на темном фоне кажется еще более светлым, а темное на светлом — темнее, чем оно есть на самом деле. В первом случае явление контраста носит название положительного, во втором — отрицательного. Если какое-либо пятно окружено другим более светлым или темным, его называют «реагирующим полем», а фон — «индуктирующим полем». Реагирующее поле всегда изменяет свою светлоту в ту или иную сторону более заметно, чем индуктирующее. На первый взгляд кажется, что эффективность контраста находится в прямой зависимости от разницы в светлоте между индуктирующим и реагирующим полями. Однако элементарные наблюдения показывают, что при чрезмерно больших яркостях действие контраста заметно ослабевает.
Объяснить этот факт, очевидно, можно тем, что величина порогов различения в черно-белой шкале уменьшается к концам неравномерно. Поэтому неопытные живописцы часто ошибаются, пытаясь передать соотношения светлот буквально, вне связи с общей яркостью участка картины, на котором находятся сопоставляемые пятна. В изображении возникает неприятная пестрота и резкость.
Явление светового контраста наблюдается и тогда, когда оба поля имеют одинаковый цветовой тон, но различаются по светлоте. Такой контраст называется монохроматическим. В этом виде контраста изменяется не только светлота, но и насыщенность. В сущности, с одновременным световым контрастом мы имеем дело и при сочетании хроматических и ахроматических цветов. Эксперименты, проведенные советским ученым Б. М. Тепловым, показали, что эффект одновременного светового контраста зависит от абсолютной яркости индуктирующего и реагирующего полей и от разницы яркостей реагирующего и индуктирующего полей. При очень низких различиях, так же как и при высоких, контраст отсутствует или весьма незначителен. Далее, он зависит от величины площадей реагирующего и индуктирующего полей. Чем меньше световое пятно, тем сильнее оно подвергается высветлению. Установлено также, что при равной яркости большое реагирующее поле всегда кажется темнее маленького индуктирующего. Контраст зависит также от расстояния между реагирующим и индуктирующим полями. Сила контрастного действия убывает по мере увеличения расстояния между контрастирующими полями. Наконец, на эффект контраста влияет величина индуктирующего поля. При освещенности, например, 100 люксов контраст будет значительно сильнее, чем при освещенности 500 люксов.
К этим стимулам следует еще добавить зависимость эффекта контраста от формы реагирующего поля: круг или кольцо, квадрат или буква на одном и том же фоне в равных условиях будут сопровождаться различной силы контрастом. Далее, если мы имеем два рядом расположенных пятна, которые не относятся между собой как фигура и фон, то контраст, который они вызывают, образуется не по принципу субординации, а по принципу равного взаимодействия.
Рисунок 12-Световой ахроматический контраст. Эффективность контраста зависит от светлоты реагирующего поля
Рисунок 13-Монохроматический контраст. От индуктирующего поля зависит эффективность контраста по светлоте, цветовому тону и насыщенности
Рисунок 14-Эффективность контраста зависит также от величины и формы реагирующего поля
К этим стимулам следует еще добавить зависимость эффекта контраста от формы реагирующего поля: круг или кольцо, квадрат или буква на одном и том же фоне в равных условиях будут сопровождаться различной силы контрастом. Далее, если мы имеем два рядом расположенных пятна, которые не относятся между собой как фигура и фон, то контраст, который они вызывают, образуется не по принципу субординации, а по принципу равного взаимодействия. Однако в данном случае контраст имеет тенденцию к исчезновению. Пока эти пятна достаточно велики и мы рассматриваем их одновременно, взаимодействие их остается заметным; при этом мы замечаем и пограничный контраст, о котором пойдет речь несколько ниже. Но если эти пятна достаточно малы или воспринимаются с большого расстояния, то возникает их оптическая смесь, и мы видим общий серый тон как сумму черного и белого.
Действие одновременного светового контраста оказывает весьма заметное влияние на рельефность изображения. Если мы возьмем рисунок гипсовой детали, сделанный в определенном диапазоне светлот на белом фоне, то рисунок будет восприниматься настолько объемным, насколько это задумано или достигнуто художником. Если затем этот же рисунок поместить на черный фон, то его объемно-пластические качества в значительной степени утрачиваются, рисунок будет выглядеть более плоским, бедным и вялым. Происходит это потому, что черный фон ослабляет, высветляет тени. Для того чтобы добиться того же эффекта объемности изображения на черном фоне, нужно усиливать густоту теней.
Явление одновременного светового контраста сопровождается не только потемнением или посветлением реагирующего поля, но и кажущимся изменением размеров. Светлое пятно на темном фоне кажется нам больше, чем оно есть на самом деле, и, наоборот, темное пятно как бы уменьшается в своих размерах.
Источники:
http://helpiks.org/8-89595.html
http://lektsii.org/2-50029.html
http://8by10.ru/fizicheskie-osnovy-cveta-lekcii/
