Culoare și fenomene de culoare - Lexicon of Physics
Lexicon of Physics: Color and Color Aspects
Culoare și apariții de culoare
Roger Erb, Kassel
1. Rezumat
Subiectul „fenomenelor culorilor și culorilor” atinge o multitudine de fenomene care ne sunt comune. Această postare își propune să descrie unele dintre cele mai interesante și atrăgătoare. În primul rând, însă, ar trebui prezentate câteva elemente de bază care sunt necesare pentru a înțelege aceste fenomene.
2 Introducere
O reprezentare sau o reprezentație este adesea denumită ›incoloră‹ dacă, din punctul nostru de vedere, îi lipsește o anumită calitate. Cu toate acestea, ceea ce definește exact această calitate nu este ușor de exprimat. Prin urmare, această situație nu este diferită de cea care apare atunci când vrem să înțelegem semnificația ›culoare‹ pentru percepția noastră vizuală.
Aspectul culorii joacă un rol în multe domenii ale vieții noastre - în percepția de zi cu zi a lucrurilor colorate (Fig. 1), în artă ca instrument de proiectare, dar și în legătură cu sunete sau senzații (Sinestezie). În acest articol, aspectele fizice ale percepției culorilor trebuie luate în considerare în măsura în care joacă un rol în viața noastră de zi cu zi.
3. Amestecarea culorilor
Când vă gândiți la amestecarea culorilor, vă gândiți involuntar la o cutie de culori și la propriile dvs. încercări de a obține noi tonuri de culoare: albastru și roșu rezultă în violet, albastru și galben rezultă în verde, etc. Pentru aceasta este util să abordăm mai întâi un alt aspect al amestecării culorilor și al procesării stimulilor culorilor în ochi și creier.
a) spectru
La prima vedere, culoarea pare a fi o proprietate fizică, ceea ce este incorect. Culoarea este una Senzaţie, care este legată de mărimile fizice. Această zonă fizică privește cauza externă a percepției culorii, și anume distribuție spectrală radiația luminii (stimul de culoare). Dar percepția include și prelucrarea în ochi și creier. Numai în acest context are sens să vorbim despre culoare. Pe de altă parte, ne referim la substanțele care sunt folosite pentru colorare ca coloranți.
Unul devine conștient de varietatea de impresii colorate atunci când privim un curcubeu (optică, atmosferică) sau un spectru electromagnetic generat cu ajutorul unei prisme. Atribuirea percepției culorii unei mărimi fizice nu este clară. Dacă întrebați mulți oameni despre desemnarea culorii unui anumit punct dintr-un spectru, există o corespondență, iar acest punct poate fi atribuit fizic unei game de lungimi de undă - aceeași senzație de culoare poate fi, totuși, declanșată într-un mod complet diferit, așa cum va fi clar în următoarea secțiune . Acest lucru este diferit atunci când ascultați, deoarece conexiunea dintre tonul perceput și frecvență este clară.
b) culoarea și lungimea de undă
Lumina albă, cum ar fi lumina soarelui, poate fi descompusă într-un spectru cu o prismă (Fig. Cu privire la electrodinamică) și vizualizată pe un ecran (refracție, dispersie). O zonă foarte mică a spectrului oferă lumină monocromatică (culori spectrale, lampă spectrală). În mod ideal, această lumină are o singură lungime de undă (sau frecvență) și este în mare parte monocromatică sau mai bine monofrecvență numit. Dacă combinați din nou spectrul, pe ecran apare din nou o pată de lumină albă.
În mod similar, lumina de la două sau mai multe surse de lumină poate fi, de asemenea, amestecată. Lumina care intră în ochi de pe ecran este una amestec aditiv: Distribuția intensității rezultată este suma curbelor individuale de intensitate.
O altă posibilitate de a realiza o amestecare aditivă a culorilor este să lăsați lumina să intre în ochi din mai multe pete colorate, distanțate strâns, de diferite culori (amestec partitiv). În acest fel, în televizorul color, imaginile color sunt reproduse printr-o grilă care nu mai este separată de ochi. Pointilienii au folosit această posibilitate prin aplicarea unor mici puncte de culoare pe hârtie, iar imprimarea multicoloră se poate baza și pe această tehnică. În acest caz, punctele grilei sunt una lângă alta.
Uneori obțineți rezultate neașteptate la început. Amestecul aditiv de roșu și verde are ca rezultat un galben nesaturat și, în general, toate culorile nesaturate pot fi amestecate din trei componente. Culorile spectrale, pe de altă parte, nu pot fi amestecate din trei componente de bază (tabel).
Fără a lua în considerare luminozitatea, toate culorile pot fi reprezentate într-un singur plan. Cu ajutorul Diagrama de culori standard (Fig. 3) o locație a culorii poate fi determinată folosind proporțiile standard ale valorii culorii (componente nerealizabile) X și y marcat (sistem standard de valență). Proporția celei de-a treia componente poate fi calculată din aceasta, deoarece suma trebuie să fie 1. Stimulii corespunzători culorilor spectrale stau pe o curbă, cele două puncte exterioare sunt reprezentate de așa-numitele. Purpuriu drept conectat. Toate culorile sunt în această zonă, cu punctul alb sau acromatic în mijloc. Rezultatul unui amestec aditiv poate fi găsit pe linia dreaptă care leagă culorile originale. Culoarea complementară unei anumite culori poate fi găsită trasând o linie dreaptă de la această culoare prin punctul alb în partea opusă.
Cand amestecul de culoare subtractiv Acesta este termenul folosit pentru a descrie procesul atunci când lumina trece prin două sau mai multe filtre (filtre, optice) unul după altul. Comportamentul unui filtru poate fi determinat de acesta curba de transmisie spectrală care indică ce părți ale luminii introduse sunt încă prezente după transmisie. Când două filtre sunt plasate unul în spatele celuilalt, lumina nu are componentele care sunt luate de cel puțin unul dintre cele două (tabel).
Chiar și cu Fotografie color În principiu, fotografiile întunecate-întunecate sunt întotdeauna realizate în trei culori diferite, care, atunci când sunt vizualizate prin amestecare subtractivă sau aditivă a culorilor, duc la imaginea color (fotografie).
4. Viziunea culorilor
Până acum ne-am uitat la fenomenele de culoare mai mult din partea luminii. Cu toate acestea, percepția cu ochiul este constitutivă pentru fenomenele de culoare. Cum se poate înțelege procesarea stimulilor culorilor în ochiul însuși?
a) ochi și retină
În ochi, conurile și tijele retinei sunt responsabile de generarea stimulilor atunci când lumina le lovește. Aceste celule conțin substanțe sensibile la lumină. La intensități mai mici funcționează doar cele tijă, care sunt toate la fel și nu putem distinge culorile. Doar la intensități mai mari sunt Conuri adresate și apoi se pot distinge culorile. Ca urmare, trebuie să existe mai multe tipuri de tenon. Thomas Young (1773-1829) și Hermann von Helmholtz (1821-1894) au presupus că avem trei tipuri de conuri, dintre care unul răspunde predominant în unda scurtă (K), unul în unda lungă (L) și unul în intervalul mediu (M) (Teoria celor trei culori). Se poate concluziona, de asemenea, că curbele de sensibilitate ale acestor celule fotoreceptoare trebuie să se suprapună, iar forma poate fi, de asemenea, determinată aproximativ (Fig. 4).
Cu toate acestea, acest lucru nu explică de ce un amestec de roșu, verde și albastru ni se pare alb. De asemenea, rămâne neclar de ce amestecul de roșu și verde nu are ca rezultat un roșu verzui, ci galben. Explicația este că Teoria opusă a culorilor von Ewald Hering (1834-1918) util. Toate senzațiile de culoare sunt ponderate cu patru culorile primare psihologice returnat (teoria celor patru culori). Patru culori servesc drept culori de bază, care sunt atribuite cu termeni abstracte și corespund senzațiilor de bază: albastru, galben, verde și roșu (în contrast, pentru un număr mare de alte culori numele se bazează pe un obiect: portocaliu, măslin, roz etc.)
Cele patru culori de bază sunt aranjate în perechi opuse albastru - galben și verde - roșu (există și perechea opusă de culori acromatice Alb-negru). Aceasta exprimă faptul că nu se percepe un albastru gălbui sau un roșu verzui, ci mai degrabă un galben roșcat.
Nu este ușor să decidem care dintre cele două teorii descrie mai bine procesul vizual. Astăzi se presupune că teoria Young-Helmholtz este corectă pentru primul nivel de percepție a culorilor, evenimentele de pe retină, dar că prelucrarea ulterioară are loc așa cum este descris de Hering. În teoriile mai recente se încearcă să înțelegem ambele aspecte împreună.
Găsim o defalcare similară în transmisia imaginilor de televiziune: acestea sunt afișate pe ecran folosind trei culori, dar (simplificate) două canale color și un canal acromatic sunt utilizate pentru transmisie.
b) culoare ametropia
Câteva la sută din toți oamenii sunt deficienți de culoare. Există trei tipuri de conuri disponibile persoanelor sănătoase cu o anumită sensibilitate maximă (Tricroism). La anormale Tricromate maximele sunt deplasate. Cel mai adesea acest lucru înseamnă că nu pot distinge obiectele roșii și verzi, precum și tricromatele normale. Pentru dicromate (Dicromatie) unul dintre tipurile de con este ineficient sau relativ insensibil, monocromatele nu pot distinge între culori (Monocromatism). Culoarea ametropia poate fi îmbunătățită cu ajutorul
Panourile color sunt recunoscute. (Insuficiență de culoare)
5. Fenomene de percepție a culorilor
Chiar și atunci când ochii noștri par să se fixeze asupra unui obiect în repaus, cu greu se mișcă vizibil pentru a nu provoca desensibilizare prematură. Când priviți un model alb-negru, acest lucru poate duce la un efect similar cu cel al discului Benham: Dacă vă uitați la figura 6, apar fluctuații delicate de culoare, Culori fechneriene.
6. Colorarea
Cu toate acestea, unele lucruri compuse din componente transparente - cum ar fi vaporii de apă (ceață) - par albi. Lumina intră în multitudinea de picături transparente, se reflectă de mai multe ori și apoi iese din nou. Deoarece lumina nu este schimbată spectral, impresia de culoare este albă. Acesta este motivul pentru care laptele, zahărul, zăpada, norii, hârtia și multe alte lucruri - inclusiv vopseaua - par albe. Pe de altă parte, o pată de grăsime înlocuiește aerul din hârtie, previne reflexiile difuze și o face transparentă. Procesele de împrăștiere pot depinde, totuși, și de lungimea de undă, care este de ex. duce la albastru deschis (optică, atmosferică).
Corpurile care absorb indiferent de lungimea de undă apar gri sau negru. O suprafață care reflectă o proporție ridicată a luminii incidente în mod specular, așa cum fac majoritatea suprafețelor metalice, apare cu un luciu (gri). (Aspect metalic).
c) culorile substanțelor
Culorile majorității substanțelor rezultă din absorbția selectivă (datorită rezonanței). Apa, de exemplu, capătă culoarea ușor albastru-verzui, deoarece moleculele de apă absorb în intervalul de lungimi de undă roșu și infraroșu. Partea rămasă este împrăștiată și provoacă colorarea. Coloranții precum clorofila și carotenul au rezonanțe în intervalul vizibil.
Un filtru de culoare galbenă absoarbe lumina albastră. Părțile roșii și verzi sunt reflectate și transmise. Prin urmare, filtrul de culoare arată galben atunci când este vizualizat prin și când este vizualizat de sus. Cerneala albastră arată albastră atunci când este privită din când în când. Puneți o cerneală pe o alunecare de capac și lăsați-o să se usuce, astfel încât să fie albastră când este privită, dar roșu închis când este reflectată. Cerneala roșie este verde când este privită de sus și roșie când este privită. Acest lucru se datorează faptului că coloranții foarte concentrați se comportă diferit: se reflectă în zona în care absorb, adică la frecvența de rezonanță.
d) pigmenți
Vopseaua este formată din particule solide care sunt încorporate într-un liant realizat dintr-un mediu transparent. Pentru lacurile colorate, particulele transparente (vezi secțiunea 6b) sunt colorate. Cernelurile pigmentare conțin particule opace, colorate, care ascund purtătorul de culoare (culoare opacă). Cu toate acestea, acești termeni nu sunt folosiți întotdeauna într-o manieră clară.
Lumina incidentă se reflectă pe suprafața liantului, a purtătorului, a particulelor de vopsea și a pigmenților. Lumina poate fi reflectată asupra mai multor particule și, de asemenea, poate fi absorbită selectiv în timpul transmiterii în cazul particulelor transparente. Rezultatul exact (cum ar fi gradul de saturație) depinde în mare măsură de procesele individuale și, de asemenea, de dimensiunea și concentrația pigmentului.
Culorile unei bule de săpun (sau ale unei piele de săpun strânse vertical, Fig. 7) și a unui strat de ulei pe apă sunt, de asemenea, create prin interferență, în acest caz pe un strat subțire. Lansare o suprafață metalică (Temperarea culorilor) după încălzire este cauzată de interferența unui strat subțire de oxid. Motivul culorilor destul de palide aici este că lumina cu o anumită lungime de undă se stinge prin interferență în anumite zone ale stratului, ca urmare a căreia apare în culoarea complementară puternic nesaturată.
Puteți crea cu ușurință interferențe de film subțire. Pentru a face acest lucru, luați două diapozitive de microscop și așezați-le una peste alta pe o suprafață întunecată. Uită-te la stratul subțire, în acest caz un strat de aer între ochelari, în lumina unei lămpi albe extinse. Dacă apăsați ușor pe sticla superioară, sunt create modele de interferențe în culori moi.
7. Outlook
Subiectul acestui articol este extrem de multilateral - de asemenea colorat în sens figurat! Din acest motiv, nu a fost posibil să se trateze toate aspectele în detaliu și trebuie să se facă trimitere la literatura de mai jos pentru întrebările rămase. Un obiectiv a fost, de asemenea, să vă motiveze să vă faceți propriile experimente și observații, deoarece coloranța mediului nostru este un bun exemplu al faptului că întâlnim un număr mare de obiecte fizice interesante nu numai în laborator, ci și în viața de zi cu zi.
Literatură:
Falk, David S.; Dieter R. Brill; David G. Stork: O privire în lumină, Birkhäuser, Basel, Boston, Berlin; Springer, Berlin, Heidelberg, New York, 1990;
Goethe, Johann Wolfgang de la: La teoria culorilor;
Pike, Eugene: optică, Addison-Wesley, Bonn [etc.], 1989.
Richter, Manfred: Colorimetrie. În: Gobrecht, Heinrich (ed.). Bergmann-Schaefer: Manual de fizică experimentală,
Volumul III optică, Walter de Gruyter, Berlin, New York, 1978.
Treitz, Norbert: Culori, Klett, Stuttgart, 1985.
Culoarea și aspectul culorii 1: Culorile sclipitoare ale penelor de păun.
Culoare și aspect de culoare 2: Aranjarea culorilor într-o reprezentare tridimensională.
Culoare și aspect de culoare 3: Diagrama de culori standard.
Culoare și aspect de culoare 4: Curbele senzoriale de bază ale conurilor din ochiul uman.
Culoare și apariții de culoare 5: Contrast simultan. Cele patru zone circulare gri sunt obiectiv identice.
Culoare și aspect de culoare 6: Culorile Fechner sunt create prin scanarea imaginii cu ochiul.
Culoarea și aspectul culorii 7: Săpun culorile de interferență ale pielii.
Culoare și aparențe de culoare