Farba a farebné javy - Lexikón fyziky
Lexikón fyziky: Farba a vzhľad farieb
Farba a farebný vzhľad
Roger Erb, Kassel
1. Zhrnutie
Téma „farba a farebné javy“ sa dotýka množstva javov, ktoré sú pre nás spoločné. Cieľom tohto príspevku je popísať niektoré z najzaujímavejších a najpútavejších. Najskôr by však mali byť predstavené niektoré základy, ktoré sú potrebné na pochopenie týchto javov.
2 Úvod
Reprezentácia alebo predstavenie sa často označuje ako ›bezfarebné‹, ak z nášho pohľadu nemá určitú kvalitu. To, čo túto kvalitu presne definuje, však nie je ľahké povedať slovami. Táto situácia preto nie je na rozdiel od situácie, ktorá nastane, keď chceme pochopiť význam ›farby‹ pre naše vizuálne vnímanie.
Aspekt farby zohráva úlohu v mnohých oblastiach nášho života - v každodennom vnímaní farebných vecí (obr. 1), v umení ako dizajnérskom médiu, ale aj v spojení s tónmi alebo vnemami (Synestézia). V tomto článku je potrebné brať do úvahy fyzikálne aspekty vnímania farieb, pokiaľ hrajú úlohu v našom každodennom živote.
3. Miešanie farieb
Keď premýšľate o miešaní farieb, nedobrovoľne vám napadne farebná škatuľa a vaše vlastné pokusy o nové farebné tóny: modrá a červená majú fialový, modrá a žltá zelenú farbu atď. Chceme na záver (časť 5) pokúsiť sa porozumieť týmto javom jednoduchým spôsobom. K tomu je užitočné najskôr sa zaoberať ďalším aspektom miešania farieb a spracovania farebných podnetov v oku a mozgu.
a) spektrum
Na prvý pohľad sa farba javí ako fyzická vlastnosť, ktorá nie je správna. Farba je jedna Senzácia, ktorá je spojená s fyzikálnymi veličinami. Táto fyzická oblasť sa týka vonkajšej príčiny vnímania farieb, konkrétne spektrálne rozdelenie svetelné žiarenie (farebný stimul). K vnímaniu ale patrí aj spracovanie v oku a mozgu. Iba v tejto súvislosti má zmysel hovoriť o farbe. Na druhej strane označujeme látky, ktoré sa používajú na farbenie, ako farbivá.
Rozmanitosť farebných dojmov si človek uvedomí pri pohľade na dúhu (optická, atmosférická) alebo elektromagnetické spektrum generované pomocou hranola. Priradenie vnímania farieb k fyzikálnej veličine nie je jasné. Ak sa mnohých ľudí spýtate na farebné označenie určitého bodu v spektre, existuje zhoda a tento bod sa dá fyzicky priradiť k rozsahu vlnových dĺžok - rovnaký farebný vnem sa však dá spustiť aj úplne iným spôsobom, ako bude zrejmé z nasledujúcej časti . Pri počúvaní je to iné, pretože vzťah medzi vnímanou výškou tónu a frekvenciou je jasný.
b) farba a vlnová dĺžka
Biele svetlo, ako napríklad slnečné svetlo, je možné rozdeliť na spektrum s hranolom (obr. O elektrodynamike) a sledovať ho na obrazovke (lom, disperzia). Veľmi malá oblasť spektra poskytuje monochromatické svetlo (spektrálne farby, spektrálna lampa). V ideálnom prípade má toto svetlo iba jednu vlnovú dĺžku (alebo frekvenciu) a je väčšinou jednofarebné alebo lepšie monofrekvencia zavolal. Ak spektrum znova skombinujete, na obrazovke sa opäť nachádza biely svetelný bod.
Podobným spôsobom je možné miešať aj svetlo z dvoch alebo viacerých svetelných zdrojov. Svetlo, ktoré prichádza do oka z obrazovky, je jedno aditívna zmes: Výsledné rozdelenie intenzity je súčtom jednotlivých kriviek intenzity.
Ďalšou možnosťou, ako dosiahnuť aditívne miešanie farieb, je nechať svetlo prichádzať do oka z niekoľkých, navzájom vzdialených, rôzne zafarbených škvŕn (partitívna zmes). Týmto spôsobom sa vo farebnej televízii reprodukujú farebné obrázky cez mriežku, ktorá už nie je oddelená okom. Pointilisti túto možnosť využili nanášaním malých farebných bodiek na papier a na tejto technike môže byť založená aj viacfarebná tlač. V takom prípade sú body mriežky vedľa seba.
Niekedy dostanete spočiatku neočakávané výsledky. Výsledkom zmesi prísad červenej a zelenej je nenasýtená žltá a všetky nenasýtené farby sa dajú všeobecne zmiešať z troch zložiek. Na druhej strane spektrálne farby nemožno miešať z troch základných zložiek (tabuľka).
Bez ohľadu na jas môžu byť všetky farby zobrazené v jednej rovine. S pomocou Štandardná farebná schéma (Obr. 3) je možné určiť umiestnenie farby pomocou štandardných pomerov hodnoty farieb (nerealizovateľné komponenty) X a r označené (štandardný valenčný systém). Z toho sa dá vypočítať podiel tretej zložky, pretože súčet musí byť 1. Podnety zodpovedajúce spektrálnym farbám ležia na krivke, dva krajné body sú reprezentované tzv. Fialová rovná pripojený. Všetky farby sú v tejto oblasti, s bielym alebo achromatickým bodom v strede. Výsledok prídavnej zmesi nájdete na priamke spájajúcej pôvodné farby. Doplnkovú farbu k určitej farbe nájdete nakreslením priamky z tejto farby cez biely bod na opačnú stranu.
Kedy subtraktívne miešanie farieb Toto je termín používaný na opis procesu, keď svetlo prechádza cez dva alebo viac filtrov (filtre, optické) jeden za druhým. Správanie filtra možno určiť podľa jeho hodnoty krivka spektrálneho prenosu čo naznačuje, ktoré časti zavedeného svetla sú po prenose ešte prítomné. Ak sú dva filtre umiestnené jeden za druhým, svetlu chýbajú komponenty, ktoré odoberá aspoň jeden z nich (tabuľka).
Aj s Farebná fotografia Zábery svetlá a tmavá sa v zásade vytvárajú v troch rôznych farbách, ktoré pri pohľade pomocou subtraktívneho alebo aditívneho miešania farieb vedú k farebnému obrázku (fotografia).
4. Farebné videnie
Doteraz sme sa na farebné javy pozerali skôr zo strany svetla. Vnímanie okom je však pre farebné javy konštitutívne. Ako je možné pochopiť spracovanie farebných podnetov v oku samotnom?
a) oko a sietnicu
V oku sú kužele a tyčinky sietnice zodpovedné za generovanie stimulov, keď na ne dopadne svetlo. Tieto bunky obsahujú látky citlivé na svetlo. Pri nižšej intenzite fungujú iba tí tyč, ktoré sú všetky rovnaké a nemôžeme rozlišovať farby. Iba pri vyššej intenzite sú Šišky a potom je možné rozlíšiť farby. Vo výsledku musí byť k dispozícii viac ako jeden typ čapu. Thomas Young (1773-1829) a Hermann von Helmholtz (1821-1894) predpokladali, že máme tri typy kužeľov, z ktorých jeden je prevažne v krátkovlnnom rozsahu (K), jeden v dlhovlnnom rozsahu (L) a jeden v strednom rozmedzí (M) (Trojfarebná teória). Možno ďalej dospieť k záveru, že krivky citlivosti týchto fotoreceptorových buniek sa musia prekrývať a tvar je možné zhruba určiť (obr. 4).
To však nevysvetľuje, prečo sa nám zmes červenej, zelenej a modrej javí ako biela. Rovnako zostáva nejasné, prečo výsledkom zmesi červenej a zelenej nie je zeleno červená, ale žltá. Vysvetlenie je také Opačná teória farieb von Ewald Hering (1834-1918) užitočné. Všetky farebné vnemy sú vážené štyrmi psychologické primárne farby vrátil (teória štyroch farieb). Štyri farby slúžia ako základné farby, ktoré sú priradené abstraktnými výrazmi a zodpovedajú základným vnemom: modrá, žltá, zelená a červená. (Naproti tomu pre veľké množstvo ďalších farieb je názov založený na predmete: oranžová, olivová, ružová atď.)
Štyri základné farby sú usporiadané do dvojíc protikladov modrá - žltá a zeleno - červená (je tu aj protikladný pár achromatické farby Čierna a biela). To vyjadruje, že človek nevníma žltkasto modrú alebo zelenkavo červenú farbu, ale skôr červenožltú.
Nie je ľahké rozhodnúť sa, ktorá z týchto dvoch teórií lepšie popisuje vizuálny proces. Dnes sa predpokladá, že Youngova-Helmholtzova teória sa týka prvej úrovne vnímania farieb, udalostí na sietnici, ale ďalšie spracovanie prebieha podľa popisu Heringa. V novších teóriách sa človek snaží pochopiť oba aspekty dohromady.
Podobné rozdelenie nájdeme aj pri prenose televíznych obrazov: Zobrazujú sa na obrazovke pomocou troch farieb, na prenos sa však používajú (zjednodušené) dva farebné kanály a jeden achromatický kanál.
b) farebná ametropia
Niekoľko percent všetkých ľudí má chybnú farbu. Existujú tri typy kužeľov, ktoré sú k dispozícii zdravým ľuďom s určitou maximálnou úrovňou citlivosti (Trichroizmus). Pri abnormálnych Trichromáty maximá sú posunuté. Najčastejšie to znamená, že nedokážu rozlíšiť červené a zelené objekty, ako aj bežné trichromáty. Pre dichromany (Dvojchromnosť) jeden z typov kužeľov je neúčinný alebo relatívne necitlivý, monochromaty nemôžu rozlišovať medzi farbami (Monochromatizmus). Farebnú ametropiu je možné vylepšiť pomocou
Farebné panely sú rozpoznané. (Porucha farby)
5. Fenomény vnímania farieb
Aj keď sa zdá, že sa naše oči fixujú na objekt v pokoji, ťažko sa viditeľne pohnú, aby nespôsobili predčasnú desenzibilizáciu. Pri pohľade na čiernobiely vzor to môže viesť k efektu podobnému ako u disku Benham: Ak sa pozriete na obr. 6, objavia sa jemné výkyvy farieb, Fechnerovské farby.
6. Farebnosť
Niektoré veci zložené z priehľadných zložiek - napríklad vodná para (hmla) - sa však javia ako biele. Svetlo vstupuje do množstva priehľadných kvapôčok, niekoľkokrát sa odráža a potom opäť vystupuje. Pretože svetlo nie je spektrálne zmenené, je farebný dojem biely. To je dôvod, prečo sa mlieko, cukor, sneh, oblaky, papier a mnoho ďalších vecí - vrátane farieb - javia ako biele. Na druhej strane mastná škvrna nahradzuje vzduch v papieri, zabraňuje difúznym odrazom a robí ho priehľadným. Procesy rozptylu však môžu závisieť aj od vlnovej dĺžky, ktorá vedie napríklad k nebeskej modrej (optická, atmosférická).
Telá, ktoré absorbujú bez ohľadu na vlnovú dĺžku, sú sivé alebo čierne. Povrch, ktorý zrkadlovo odráža vysoký podiel dopadajúceho svetla, ako to robí väčšina kovových povrchov, má (sivý) lesk. (Kovový vzhľad).
c) farby látok
Farby väčšiny látok sú výsledkom selektívnej absorpcie (v dôsledku rezonancie). Napríklad voda získava svoju mierne modrozelenú farbu, pretože molekuly vody absorbujú v rozsahu červených a infračervených vlnových dĺžok. Zvyšná časť je rozptýlená a spôsobuje sfarbenie. Farbivá ako chlorofyl a karotén majú vo viditeľnom rozmedzí rezonancie.
Žltý farebný filter absorbuje modré svetlo. Červená a zelená časť sú odrazené aj vysielané. Farebný filter preto pri pohľade dohora a pri pohľade zhora vyzerá ako žltý. Modrý atrament vyzerá pri pohľade skrz naskrz na modro. Vložte trochu atramentu na krycie sklíčko a nechajte ho vyschnúť, aby bol modrý pri pohľade cez, ale tmavo červený, ak sa odráža. Červený atrament je zelený pri pohľade zhora a červený pri pohľade zhora. Je to spôsobené tým, že veľmi koncentrované farbivá sa správajú odlišne: odrážajú sa v oblasti, v ktorej absorbujú, t. J. Na rezonančnej frekvencii.
d) pigmenty
Farba sa skladá z pevných častíc, ktoré sú zaliate v spojive z priehľadného média. Pri farebných lakoch sú zafarbené priehľadné častice (pozri časť 6b). Pigmentové atramenty obsahujú nepriehľadné farebné častice, ktoré zakrývajú nosič farieb (nepriehľadná farba). Nie vždy sa však tieto pojmy používajú jasne.
Dopadajúce svetlo sa odráža na povrchu spojiva, nosiča, častíc farby a pigmentov. Svetlo sa môže odrážať na niekoľkých časticiach a tiež selektívne absorbovať počas prenosu v prípade priehľadných častíc. Presný výsledok (napríklad stupeň nasýtenia) závisí vo veľkej miere od jednotlivých procesov, a teda aj od veľkosti a koncentrácie pigmentu.
Rušením sa vytvárajú aj farby mydlovej bubliny (alebo zvisle upnutej mydlovej kože, obr. 7) a vrstvy oleja na vode, v tomto prípade na tenkej vrstve. The Začiatok kovový povrch (Temperovacie farby) po zahriatí je spôsobený interferenciou na tenkej vrstve oxidu. Dôvodom dosť bledých farieb je to, že svetlo určitej vlnovej dĺžky je uhasené interferenciou v určitých oblastiach vrstvy, v dôsledku čoho sa objavuje v silne nenasýtenej doplnkovej farbe.
Tenké vrstvy interferencie môžete ľahko vytvoriť sami. Za týmto účelom vezmite dva mikroskopické sklíčka a položte ich na seba na tmavý povrch. Pozerajte sa na tenkú vrstvu, v tomto prípade vrstvu vzduchu medzi okuliarmi, vo svetle predĺženej bielej lampy. Ak mierne zatlačíte na horné sklo, vytvoria sa interferenčné vzory v jemných farbách.
7. Výhľad
Téma tohto článku je mimoriadne mnohostranná - farebná aj v prenesenom význame! Z tohto dôvodu nebolo možné podrobne sa zaoberať všetkými aspektmi a pri zostávajúcich otázkach je potrebné odkázať na nasledujúcu literatúru. Jedným z cieľov bolo tiež motivovať vás k vlastným experimentom a pozorovaniam, pretože farba nášho prostredia je dobrým príkladom toho, že sa s veľkým počtom zaujímavých fyzikálnych objektov stretávame nielen v laboratóriu, ale aj v každodennom živote.
Literatúra:
Falk, David S.; Dieter R. Brill; David G. Stork: Pohľad do svetla, Birkhäuser, Bazilej, Boston, Berlín; Springer, Berlín, Heidelberg, New York, 1990;
Goethe, Johann Wolfgang od: K teórii farieb;
Pike, Eugene: optika, Addison-Wesley, Bonn [atď.], 1989.
Richter, Manfred: Kolorimetria. In: Gobrecht, Heinrich (ed.). Bergmann-Schaefer: Učebnica experimentálnej fyziky,
Zväzok III optika, Walter de Gruyter, Berlín, New York, 1978.
Treitz, Norbert: Farby, Klett, Stuttgart, 1985.
Farba a farebný vzhľad 1: Trblietavé farby pávieho peria.
Farba a farebný vzhľad 2: Usporiadanie farieb v trojrozmernom zobrazení.
Farba a farebný vzhľad 3: Štandardná farebná schéma.
Farba a farebné javy 4: Základné senzačné krivky kužeľov v ľudskom oku.
Farba a vzhľad farieb 5: Súčasný kontrast. Štyri sivé kruhové oblasti sú objektívne rovnaké.
Farba a farebný vzhľad 6: Fechnerove farby sa vytvárajú skenovaním obrazu okom.
Farba a farebný vzhľad 7: Farby interferencie s mydlovou pokožkou.
Farba a vzhľad farieb