Загадочный мир цвета
- Участник:Витязева Дарья Сергеевна
- Руководитель:Камнева Галина Ивановна
1. Наша задача выяснить, что представляет из себя цвет;
2. Познакомиться с характеристиками, физическими и химическими свойствами цвета;
3. Изучить восприятие цвета человеком;
4. Узнать, что такое оптические иллюзии.
Эта работа актуальна, потому что Мир, в котором мы живем, чрезвычайно богат красками. Но почему мы видим маки красными, а колокольчики голубыми; ромашки белыми с желтым, а деревья и траву зелеными? Ведь все они освещены одним и тем же белым солнечным дневным светом. А что же тогда такое свет?
Нам практически невозможно отделить информацию цветовую от той, которая ее сопровождает, от контраста, в котором мы воспринимаем цвет. Человеку чаще всего именно цвет рассказывает о предметах и явлениях. Благодаря цвету, мы можем определить созрела ли ягода, или она еще зеленая, здоров ли ребенок или у него красное горло.
Цели:
- Наша задача выяснить, что представляет из себя цвет.
- Познакомиться с характеристиками, физическими и химическими свойствами цвета.
- Изучить восприятие цвета человеком.
- Узнать, что такое оптические иллюзии.
Цвет – это качественная субъективная характеристика электромагнитного излучения оптического диапазона, определяемая на основании возникающего физиологического зрительного ощущения и зависящая от ряда физических, физиологических и психологических факторов.
Говоря простым языком, цвет — это ощущение, которое получает человек при попадании ему в глаз световых лучей.
Цвет предметов возникает, главным образом, в процессе поглощения волн. Красный предмет 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. Яблоко само по себе не имеет никакого цвета, цвет создаётся при его 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.)
Цвет объекта — это комплексный результат ряда факторов, таких как: свойства поверхности (в том числе спектр поглощения и спектр отражения), температура, относительная скорость и прочих. Все эти факторы в сумме дают определённую длину электромагнитной волны.
Отсюда следует, что говоря о свойствах цвета, на самом деле мы имеем в виду свойства световых волн.
Физические свойства
- Явление преломления света – это физическое явление, которое происходит каждый раз, когда волна перемещается из одного материала в другой, в котором ее скорость распространения изменяется. Визуально оно проявляется в том, что изменяется направление распространения волны. (учебник по физике А. В. Пёрышкина, 8 класс c.145-147)
- Свет распространяется с самой высокой скоростью в природе. Из специальной теории относительности следует, что превышение скорости света физическими частицами (массивными или безмассовыми) нарушило бы принцип причинности — в некоторых инерциальных системах отсчёта оказалась бы возможной передача сигналов из будущего в прошлое. (Солнечному свету требуется в среднем 8 минут 17 секунд, чтобы достигнуть Земли)
- Отражение— физический процесс взаимодействия волн или частиц с поверхностью, изменение направления волнового фронта на границе двух сред с разными оптическими свойствами в котором волновой фронт возвращается в среду, из которой он пришёл. (учебник по физике А. В. Пёрышкина, 8 класс c.144)
- Интерференция— нелинейное сложение интенсивностей двух или нескольких световых волн.
- Дифракция — явление огибания светом преграды или прохождения через узкое отверстие.
- Поляризация— явление направленного колебания векторов напряженности электрического поля E или напряженности магнитного поля H.
- Дисперсия – разложение белого света на цвета (учебник по физике А.В Пёрышкина, 9 класс c. 212-216)
К примеру, после грозы и дождя, когда из-за туч выглядывает солнышко, мы часто наблюдаем на небе очень красивое явление – радугу.
Она состоит из разноцветных дуг. цвета в радуге всегда чередуются в определённой последовательности: красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, голубой, синий, фиолетовый. Оказывается, на такие цвета разлагается обыкновенный солнечный свет.
Разложение белого света на цвета называют дисперсией света.
Для знакомства с этим явлением можно провести простой опыт. Направить узкий луч белого света на прозрачную трёхгранную призму из стекла, расположенную в тёмной комнате. Пройдя сквозь грани призмы, луч преломится дважды и отклонится. Кроме того за призмой вместо одного белого луча мы увидим семь разноцветных, окрашенных в те же цвета, что и радуга, лучей, расположенных в той же последовательности. Причём окажется, что сильнее всего преломился фиолетовый луч, а меньше всего красный. То есть, угол преломления зависит от цвета луча.
Обратный опыт – вращение семицветного круга, с целью получения белого цвета.
Химические свойства
- Фотосинтез — процесс преобразования энергии света в энергию химических связей органических веществ на свету
- Получение зрительного ощущения– под действием солнечного света разлагается пурпур, содержащийся в палочках и колбочках на сетчатке глаза. Пурпур воздействует на окончания зрительного нерва, раздражает их. Раздражение передается в головной мозг.
- Фотография – под действием света разлагаются соединения серебра, и происходит почернение фотобумаги. Формируется негативное изображение. Химическое действие света лежит в основе фотографии. Слово «фотография» происходит от греческого «фото» – свет, «графо» – рисую, пишу. Фотография – рисование светом, светопись – была открыта не сразу и не одним человеком. В это изобретение вложен труд ученых многих поколений разных стран мира. Люди давно стремились найти способ получения изображений, который не требовал бы долгого и утомительного труда художника. Некоторые предпосылки для этого существовали уже в отдаленные времена.
- Выцветание — потеря с течением времени насыщенности красителей под воздействием света или воздуха.
- Спектральный анализ (учебник по физике А.В Пёрышкина, 9 класс c.222-225) Спектр – это разложение света на составные части, лучи разных цветов. Метод исследования химического состава различных веществ по их линейчатым спектрам испускания или поглощения называют спектральным анализом. Для спектрального анализа требуется ничтожное количество вещества. Быстрота и чувствительность сделали этот метод незаменимым как в лабораториях, так и в астрофизике. Так как каждый химический элемент таблицы Менделеева излучает характерный только для него линейчатый спектр испускания и поглощения, то это дает возможность исследовать химический состав вещества.
Все цвета подразделяются на: хромотические, ахромотические, полухромотические.
Ахромотические – Белый, черный, и все оттенки серого. В этот спектр входят лучи всех длин волн в равной степени, причем энергия отдельных лучей составляющих эту смесь одинакова.
Хромотические цвета – все спектральные и многие природные. В этот спектр входят все лучи, но есть преобладание какой-либо волны (максимум). Например, в спектре красного цвета, красные лучи (760-620 н.м.) несут большую часть энергии всего потока.
Полухромотические цвета – земляные цвета, т.е. цвета смешаны с ахромотическими цветами.
Характеристики цветов
- Яркость. Одинаково насыщенные оттенки, относимые к одному и тому же цвету спектра, могут отличаться друг от друга степенью яркости. К примеру, при уменьшении яркости синий цвет постепенно приближается к чёрному. Любой цвет при максимальном снижении яркости становится чёрным. Следует отметить, что яркость, как и прочие цветовые характеристики реального окрашенного объекта, значительно зависят от субъективных причин, обусловленных психологией восприятия.
- Светлота.Степень близости цвета к белому называют светлотой. Любой цвет при максимальном увеличении светлоты становится белым. Другое понятие светлоты относится не к конкретному цвету, а к оттенку спектра, тону. Цвета, имеющие различные тона при прочих равных характеристиках, воспринимаются нами с разной светлотой. Жёлтый тон сам по себе — самый светлый, а синий или сине-фиолетовый — самый тёмный. Светлота – качество, присущее как хроматическим, так и ахроматическим цветам. Любой хроматический цвет можно сравнить по светлоте с ахроматическим цветом. Для ахроматических цветов светлота – единственная характеристика.
- Насыщенность.Насыщенность — степень отличия хроматического цвета от равного ему по светлоте ахроматического, «глубина» цвета. Два оттенка одного тона могут различаться степенью блёклости. При уменьшении насыщенности каждый хроматический цвет приближается к серому. Таким образом, насыщенность цвета – параметр цвета, характеризующий степень чистоты цветового тона. Чем ближе цвет к монохроматическому, тем более он насыщен. В физическом плане насыщенность цвета определяется характером распределения излучения в спектре видимого света. Наиболее насыщенный цвет образуется при существовании пика излучения на одной длине волны, в то время как более равномерное по спектру излучение будет восприниматься как менее насыщенный цвет.
- Цветовой тон. Цветовой тон —основная характеристика цвета, определяемая длиной волны, которая соответствует преобладающему монохроматическому излучению. Это совокупность цветовых оттенков, сходных с одним и тем же цветом спектра. Любой хроматический цвет может быть отнесён к какому-либо определённому спектральному цвету. Именно тон определяет название цвета, например «красный», «синий», «зелёный».
- Теплота цвета (цветовая температура). Цветова́я температу́ра (спектрофотометрическая или колориметрическая температура; обозначается Тс и измеряется в кельвинах) — характеристика хода интенсивности излучения источника света как функции длины волны в оптическом диапазоне. Согласно формуле Планка, цветовая температура определяется как температура абсолютно чёрного тела, при которой оно испускает излучение того же цветового тона, что и рассматриваемое излучение. Характеризует относительный вклад излучения данного цвета в излучение источника, видимый цвет источника. Применяется в колориметрии, астрофизике (при изучении распределения энергии в спектрах звёзд). Измеряется в кельвинах и миредах.
Когда на сетчатке глаза возникает изображение, состоящее из светлых и тёмных областей, свет от ярко освещённых участков как бы перетекает на тёмные участки. Это явление называется оптической иррадиацией.
Восприятие цвета определяется индивидуальностью человека, а также спектральным составом, цветовым и яркостным контрастом с окружающими источниками света, а также несветящимися объектами.
Свет воздействует на фоточувствительные рецепторы глазной сетчатки, а те потом вырабатывают сигнал, передаваемый в мозг. Получается, что восприятие цвета формируется сложным образом в цепочке: глаз (нейронные сети сетчатки и экстерорецепторы) – зрительные образы головного мозга.
Таким образом, цвет – это интерпретация окружающего мира в сознании человека, возникающая в результате обработки сигналов, поступающих от светочувствительных клеток глаза – колбочек и палочек. При этом первые отвечают за восприятие цвета, а вторые – за остроту сумеречного зрения.
Цвет создается нашим мозгом, когда он пытается понять сигналы света, получаемые из внешнего мира. Другими словами, цвет – это то, что существует у нас в голове. Без этого, наш мир – это монохромное место, которое больше напоминает сцену из фильма "Матрица", наполненное электромагнитными излучениями разной интенсивности и длин волн.
Поток света с одним и тем же спектральным составом вызовет разные ощущения у разных людей в силу того, что у них различаются характеристики восприятия глаза, и для каждого из них цвет будет разным. Отсюда следует, что споры, «какой цвет на самом деле», бессмысленны — смысл имеет только измерение того, каков «на самом деле» состав излучения.
Существуют даже заболевания, связанные с восприятием цвета, это:
- Дальтонизм, цветовая слепота, — наследственная, реже приобретённая, особенность зрения человека и приматов, выражающаяся в сниженной или полной неспособности различать цвета. Названа в честь Джона Дальтона, который впервые описал один из видов цветовой слепоты на основании собственных ощущений в 1794 году. У человека в центральной части сетчатки расположены цветочувствительные рецепторы — нервные клетки, которые называются колбочками. Каждый из трёх видов колбочек имеет свой тип цветочувствительного пигмента белкового происхождения. Один тип пигмента чувствителен к красному цвету с максимумом 570 нм, другой — к зелёному (максимум около 544 нм), третий — к синему (443 нм). Люди с нормальным цветным зрением имеют в колбочках все три пигмента (красный, зелёный и синий) в необходимом количестве. Их называют трихроматами.
- Хромофобия, также известная, как хроматофобия, характеризуется постоянной, иррациональной боязнью цветов. Тяжелая форма этой фобии может мешать повседневной жизни человека и вести к определенным самоограничения. Люди с хромофобией могут связывать печальное событие прошлого с определенным цветом. У некоторых людей с этим расстройством возникает сильная реакция на определенные оттенки, а другие вообще стараются избегать некоторых цветов. Подверженные хроматофобии испытывают такие симптомы, как тошнота, головокружение, затрудненное дыхание, чувство паники, повышенная частота ударов сердца и кровяное давление, тревога, головная боль и дрожь. Впрочем, современная психиатрия с этим заболеванием, в отличие от многих других, справиться может.
Каждый видит цвет по-своему; а разные цвета, в свою очередь, по-разному влияютна человека. К примеру, исследователи говорят, что красный и желтый являются наиболее аппетитными цветами. Потому рекомендуется не красить кухню желтым цветом. Лучше остановится на синем, он является менее аппетитным. И потому неудивительно, что гиганты фастфуда Макдональдс, KFC, Burger King, и многие другие используют эту цветовую схему.
Чистый ярко-желтый цвет может вызвать головокружение и тошноту и является наиболее раздражающим цветом, из-за своего чрезмерного стимулирования глаза.
А красный цвет предположительно ухудшает работу при достижении конкретных задач. Красный ассоциируется с неудачей и побуждает к бездеятельности.
Иллюзии
Оптические иллюзии – ошибки в зрительном восприятии, вызванные неточностью или неадекватностью процессов неосознаваемой коррекции зрительного образа, а также физическими причинами. Причины оптических иллюзий исследуют как при рассмотрении физиологии зрения, так и в рамках изучения психологии зрительного восприятия. (см. примеры в презентации)
В конце хотелось бы рассказать несколько интересных фактов о цвете:
- В очках ночного видения используется зелёный люминофор, потому что человеческий глаз способен различить больше оттенков зелёного, чем какого-либо другого цвета.
- Коротковолновые составляющие солнечного спектра рассеиваются в воздухе сильнее, чем длинноволновые. Именно поэтому мы видим небо синим — ведь синий цвет находится на коротковолновом конце видимого спектра. По аналогичной причине во время заката или рассвета небо на горизонте окрашивается в красные тона. В это время свет идёт по касательной к земной поверхности, и его путь в атмосфере гораздо длиннее, в результате чего значительная часть синего и зелёного цвета из-за рассеяния покидает прямой солнечный свет.
- Астрономы утверждают, что у Вселенной есть цвет и это цвет был назван "космический кофе с молоком". В 2001 году, ученые из Университета Джона Хопкинса усреднили цвета 200.000 галактик и получили бежево-белый цвет.
Выводы
Эмоциональную и подсознательную важность цвета в нашем мире отрицать невозможно, потому что именно благодаря существованию света и через цвет мы познаём мир. Цвет — это ощущение, которое получает человек при попадании ему в глаз световых лучей. Говоря о свойствах цвета, на самом деле мы имеем в виду свойства световых волн. Каждый человек видит цвет по-разному. Оптические иллюзии – ошибки в зрительном восприятии.