Свет и цвет в среде. Свет и цвет в природе

Природа света и цвета

Отношение света к цвету

Согласно научному определению, « свет – это электромагнитное излучение» или энергия, которая распространяется в пространстве с одинаковой скоростью под действ и ем пр и родного или искусственного источника света (солнца, лампы накаливания и др.). Эта энергия рассматривается в физике как электромагнитные волны , которые отличаю т ся по своей длине. В зависимости от длины волны световое излучение д е лится на:

• видимое глазом человека (цветовой спектр ) от 390 до 800 нанометров или милл и микрон (1нм - 10- 9 м, т.е. миллиардная доля ме т ра);
• невидимое (недоступное) для восприятия ч е ловека):

а) ультрафиолетовое излучение (до 390 нм);

б) инфракрасное излучение (более 780 нм).

в) неатмосферное излучение.

Через земную атмосферу проникают видимые и невидимые излучения света. Лучи, не проходящие через атмосферу, опасны для биологических объектов (в том числе и для ч е ловека) и поэтому их отсутствие создает возможность жизни на Земле. Видимую часть спектра составляет небольшой интервал цветов спектра, образованный белым светом солнца. Максимум солнечной энергии падает на область спектра от 480 до 650 нм (от т е плого зел е ного до красного). У более коротких и очень длинных волн света энергичность цвета резко падает. Ультрафиолетовый интервал от 390нм и менее характеризует излуч е ние, разрушающее химические вещества и убивающие живые клетки, однако глаз ча с тично воспринимает его из-за поглощения этих лучей хрусталиком подобно светофиль т ру. Инфракрасный интервал свыше 780нм не воспринимается глазом благодаря огран и ченной температуре тела человека. Вообще участки света, выходящие за пределы спектра воспринимаются ч е ловеком уже не с помощью глаза, а благодаря другим органам чувств, либо вообще не воспринимаю т ся.

Только белый свет позволяет четко распознавать цвет и форму. Однако сам он не видим глазу или слепит зрение при избытке света, тормозя процесс восприятия. Он в и дим только в том случае, если попадет на какой-нибудь предмет и в результате чего о т ражается от него. В зависимости от молекулярной структуры и пигментации предметов лучи см е шиваются при испускании и распространении света, поглощаются (проникают) или отражаются от поверхности предметов. На цветовое восприятие световых лучей та к же влияет вид и тип поверхности предметов, от которых они отр а жаются:

• блестящие, гладкие поверхности имеют яркий отраженный свет, подобно испу с каемому источнику (например, блики на глянцевых предм е тах);
• матовые и шероховатые поверхности минимально отражают падающий свет и з а держивают его пот о ки.

Тон поверхности предмета влияет на систему отражения, преломления и поглощения света:

• темные – поглощают световые лучи (ощущение тяжелого, глубокого цвета);
• светлые - отражают световые потоки и усиливают яркость цвета (ощущение легких, пастельных нежных цветов).

Световые волны сами по себе не имеют цвета. Цвет возникает только при воспр и ятии волн человеческим глазом при дальнейшей их переработке мозгом. Одновременное во с приятие всех световых волн (спектрального пучка цветов) позволяет глазу человека ощущать белый дневной свет, а восприятие какой-либо одной волны (части спектра) в ы зывает хроматическое ощущение и только одного цвета. Итак, поскольку световые волны не однородны, то они образуют спектральное разнообразие цветов. Длина волн, опред е ляющая цвета спектра, соответствует частоте колебаний в секунду (см. та б лицу).

Цвет	Длина во л ны (в нм)	Частота колебаний в с е кунду
Красный	800-650	400-470 млрд.
Оранжевый	640-590	470-520 млрд.
Желтый	580-550	520-590 млрд.
Зеленый	530-490	590-650 млрд.
Голубой	480-460	650-700 млрд.
Синий	450-440	700-760 млрд.
Фиолетовый	430-390	760-800 млрд.

Таблица

В разное время г о да и вр е мя с у ток соч е тание излуч е ний света разноо б разно, так в жа р кую погоду максимум инфракрасных лучей, а в пасмурную – ультрафиолетовых. При иску с ственном освещении – иная пропорция этих составляющих, так в лампах накаливания доля инфракрасных лучей больше, чем ультрафиолетовых (см. сх е му).

Закономерности восприятия и ощущения цвета

Поскольку на длину световой волны (восприятие того или иного цвета) влияет сила источника света и условия освещения, то можно выделить следующие закономерности восприятия цвета при изменении о с вещения:

• при дневном освещении воспринимаются все цвета спектра с преобладанием х о лодных тонов.
• при вечернем освещении и в сумерках красный, зеленый, синий сохраняют свой тон, а оранжевый стремится к красному, желтый – к зеленому, голубой и фиолетовый - к син е му. Усиление холодных оттенков заметно в вечернее время и нейтрализация теплых (п о добное цветовосприятие при изменении предметного цвета в процессе неодинаковой физиологической работе глаза в разных условиях освещения принято называть эффе к том Пурк и нье) .
• в ночном состоянии: красный, зеленый, синий – еле различимы. Так, красный пер е ходит в черный тон, зеленый – в серый, синий – в белесый и исчезает самым последним. Уменьшение яркости цветов в ночном состоянии называют я в лением Бецольда-Брюкке .
• при дневном солнечном освещении или ярком электрическом происходит сдвиг спектральных цветов к желтому на освещении и голубовато-фиолетовому (синему) в т е нях. Подобная цветовая иллюзия называется э ф фектом Эбнея.

Схема

Система отношения света к цвету

Наиболее сложным по восприятию человеком и отображению художн и ком-дизайнером является «обусловленный цвет», т.к. факторы освещения, пространственн о го положения и окружения изменчивы, непредсказуемы, но закономерны. Рассмотрим си с тему рефлексов подробнее.

Известно, что рефлексы – отраженный свет от окружающих (близко лежащих) пре д метов, фона. Рефлексы влияют на характер цветового взаимодействия расположенных рядом объектов восприятия, способствуя гармоничной их взаимосвязи. Система рефле к сов зависит от ряда факторов: характера освещения (силы света, типа освещения и с о стояния световой среды); расстояния от отражаемых поверхностей и их положения отн о сительно друг друга; типа поверхностей предметов (темная или светлая, нейтральная, м а товая, бл е стящая, гладкая, шероховатая и др.). Однако система рефлексов, найденная в реальности и буквально перенесенная художником-дизайнером в картину (проект) может до неузнаваемости изменить форму предметов, исказить общее состояние освещения среды, тем самым, раздробив пространство и формализовав иллюзорные приемы изобр а жения. Поэтому при использовании рефлексов в изображении необходимо постоянно с о хранять соподчиненность цветов в соизмерении их со световой средой изображаемого мотива (либо идентификация цвета с реальностью, либо изменение свойств цвета для в ы разительной передаче предметных качеств объектов среды, либо иные трансформации цвета, определяющие задачи и цели автора). Эффектность и гармоничность изображения, выразительность м о тива во многом зависит от верно найденных художником-дизайнером цветовых отношений, соизмеренных с характером осв е щения.

Спектр (физический опыт И. Ньютона)

В 1676 году Исаак Ньютон с помощью трехгранной призмы разложил белый со л нечный свет, пропускаемый через узкую щель, на цветовой спектр. В призме луч бел о го цвета расслаивался на отдельные спектральные цвета, которые наглядно проектировались на б е лом экране. Непрерывная цветная лента состояла из семи цветов: она начиналась с красн о го продолжалась оранжевым, желтым, зеленым, голубым, синим, заканчивалась фиолет о вым .

Спектр можно увидеть на природе в виде радуги (солнечный свет проходит через капли дождевой воды или росы под определенным углом). Если же этот спектр провести через собирательную линзу, то неизбежно все цвета вновь объединятся в белый цвет. Этот пример демонстрирует получение спектра цветов с помощью преломления солне ч ного луча, но существует много и других способов физического образования цвета в сл е дующих процессах интерференции, дифракции, поляризации и флуоресценции. Итак, Ньютон из у чал оптические свойства света и получал с их помощью множества сложных цветов помимо о с новных (спектральных).

Принцип «сложения» или объединение невещественных оптических цветов позвол я ет достичь белого цвета. Напротив, «вычитательный» метод при смешении вещественных цветов – красителей (пигментов) в соединении трех основных цветов дает ахр о матичный или черный тон. Цвет предметов возникает при поглощение волн, например, красный предмет поглощает все остальные цвета спектра и отражает только красный. Если кра с ный предмет осветить зеленым светом, то он будет восприниматься черным, т.к. зеленый свет не содержит в своем составе красный (о практическом значении видов смешения цвета подробнее узнаем в следующих главах).

Итак, цвета не существует в природе, т.к. цвет – это ощущение человека, возника ю щее под воздействием света. Ощущение же цвета зависит от ряда причин:

• «Объективных причин»: характера освещения (время суток и время года, с о стояние природы, погода, вид пространства, наличие красящих веществ у х у дожн и ка-проектировщика и др.);
• «Субъективных причин»: состояние зрительного аппарата (здоров ли глаз, х а рактер протекания цветоощущения, врожденная или приобретенная природа нарушений цветовосприятия). Например, дальтонизм – врожденная цветовая слепота; индивидуальный характер цветоощущения (различная чувствител ь ность глаза к тонким цветовым нюансам); старческое помутнение роговицы или внутриглазной жидкости, пожелтевший хрусталик, повышение внутр и глазного давления, недостаток витамина «А» (видение натуры в смещенном цветовом тоне).

Миронова Л.Н. рассматривает цвет как свет, «претерпевший столкновение и вза и модействия с материальными телами, в том числе с органами зрения». Таким образом, цветовой образ формируется в результате работы психических процессов при первон а чальном воздействии светового раздражителя на зрительные анализаторы, т.е. глаз чел о века. Ра с смотрим подробнее этот вопрос в следующей теме.

Прямой свет или первичное

излучение (исто ч ники света)

Отраженный свет

или втори ч ное излучение

Устойчивый цвет

светового потока

словный неустойчивый цвет

от пре д метов (тел)

Природный свет

(естественные источники света)

солнце – белый;

восход солнца – голубовато-розовый;

закат солнца – красный;

рассеянное дневное освещение –

гол у бой;

огонь, пламя свечи, костра –

оранж е вый

Искусственный свет –

оттенки желт о го цвета

Предметный (л о кальный) цвет -

определен пр и родой и выст у пает как пр и знак пре д мета, зависящего от особенностей восприятия ч е ловека (физи о логия глаза), условий тра к товки образа художником

Обусловле н ный цвет –

измененный цвет предмета под во з действием «сл у чайных факт о ров»:

• освещ е ния;
• пространс т венного ра с стояния до объе к та;
• окружения (система ре ф лексов)

ОСНОВЫ ЦВЕТОВЕДЕНИЯ

Возможность разложения света была впервые обнару­жена Исааком Ньютоном. Узкий луч света, пропущенный им через стеклянную призму, преломился и образовал на стене разноцветную полоску - спектр (рис. 27).

По цветовым признакам спектр можно разделить на две части В одну часть входят красные, оранжевые, желтые и желто-зеленые цвета, а в другую - зеленые, голу­бые, синие и фиолетовые. Цвет каждого предмета зависит от его физических свойств, т. е. способности отражать, поглощать или про­пускать лучи света. Лучи света, падающие на поверх­ность, делятся на отраженные, поглощенные и пропу­щенные.

Тела, почти полностью отражающие или поглощаю­щие лучи света, воспринимаются нами как непрозрач­ные, а тела, пропускающие значительное количество све­та, как прозрачные (стекло).

Если поверхность или тело отражает или пропускает в одинаковой степени все лучи видимой части спектра, то такое отражение или пропускание светового потока называетсянеизбирательным.

Основным, естественным рядом цветовых тонов явля­ется солнечный спектр, в котором цветовые тона распо­лагаются так, что постепенно и непрерывно переходят один в другой; красный через оранжевый переходит в желтый, далее через светло-зеленый и темно-зеленый - в голубой, затем в синий и, наконец, в фиолетовый.

Светлота - это свойство цветной поверхности отра­жать большее или меньшее количество падающих лучей света. При большем отражении света мы воспринимаем цвет поверхности как светлый; при меньшем - как тем­ный. Это свойство является общим для всех тонов, как хроматических, так и ахроматических, поэтому по свет­лоте можно сравнивать любые тона. К хроматическому цвету любой светлоты легко подобрать подобный ему по светлоте ахроматический тон.

Для практических целей при определении светлоты пользуются так называемой серой шкалой, которая со­стоит из набора выкрасок ахроматических тонов, посте­пенно переходящих от наиболее черного, темно-серого, серого и светло-серого к почти белому. Эти выкраски наклеены между отверстиями в картоне, против каждой выкраски обозначен коэффициент отражения данного тона. Шкалу накладывают на исследуемую поверхность и, сопоставляя ее с выкраской, просматриваемой через отверстия шкалы, определяют светлоту.

Насыщенностью хроматического цвета называют сте­пень отличия этого цвета от ахроматического серого, рав­ного ему по светлоте.

Это свойство хроматических цветов можно предста­вить яснее, прибавляя к какому-либо спектральному цвету, например желтому, немного серого, равного ему по светлоте В этом случае цветовой тон не изменится, так как прибавляемый ахроматический тон не имеет свето­вого тона, не изменится и светлота цветового тона, так как добавляемый серый равен ему по светлоте Но полу­ченный желтый цвет будет заметно отличаться от первоначатьной - он посереет, станет менее желтым. Продол­жая дальнейшее прибавление серого тона к желтому, получают ряд промежуточных желтых цветовых тонов, все более серых, вплоть до того, что желтый цвет будет едва заметным Таким образом, при прибавлении к жел­тому цвету серого насыщенность желтого цвета непре­рывно снижается до минимально возможного.

Предельно насыщенными, а следовательно, и чистыми являются цвета спектра. Остальные хроматические цвета тем насыщенней, чем чище и ближе к спектральным.

Снижение насыщенности цветовых тонов достигает­ся прибавлением не только серого тона, но и любого ахроматического - от черного до белого. При прибавле­нии черного получают темно-зеленые, темно-синие, ко­ричневые, а белого - розовые, бледно-зеленые, светло-голубые тона. При постепенном прибавлении белого одновременно с уменьшением насыщенности возраста­ет светлота.

Смешанные тона. Восприятие цветов, которые мы ви­дим вокруг себя, вызывается действием на глаз сложного цветового потока, состоящего из световых волн различной длины. Но впечатления пестроты и многоцветности не создается, так как глаз обладает свойством смешивать разнообразные цвета

Для изучения законов смешивания цветов пользуют­ся приборами и приемами, дающими возможность сме­шивать цвета в различной пропорции.

Рассматривая спектр, мы можем выделить в нем три цвета: красный, желтый и синий, которые принято на­зывать основными, так как эти цвета нельзя получить смешением других цветов. Все остальные цвета спектра, которые можно получить смешением основных цветов, называют смешанными.

Простой прибор для смешивания цветов - это вертушка-юла. Два бумажных кружка, разного цвета, надре­занные по радиусу и имеющие одинаковый диаметр, вставляют один в другой. При этом образуется двухцвет­ный диск, в которем, перемещая кружки, можно изменять величину цветных секторов. Собранный диск надевают на ось вертушки и приводят в движение. От быстрого чередо­вания цвет двух секторов сливается в один. Создается впе­чатление, что кружок одноцветный. В лабораторных усло­виях обычно пользуются вертушкой с электродвигателем, имеющим скорость вращения не

менее 2000 об/мин.

С помощью вертушки можно смешать несколько цве­тов, совмещая одновременно соответствующее количе­ство разноцветных дисков.

В практике широко применяется пространственное смешение цветов, которые основано на получении зри­тельного эффекта в результате смешения двух или более цветов, расположенных близко один к другому и рассматриваемых с достаточно большого расстояния.

На принципе пространственного смешения цветов построено применение в отделочных работах накатывания разноцветных рисунков по цветному фону, набрызг и т. п.

Описанные способы смешения цветов являются оптическими, так как цвета складываются или сливаются в один суммарный цвет на сетчатке нашего глаза. Этот вид смешения носит название слагателъного, или аддитивного.

С помощью пигментов, применяемых в малярных ра­ботах, можно получать различные цвета. Каждый основ­ной или смешанный цвет мо жет быть сделан светлее или темнее путем добавления к нему белой или черной крас­ки. Отсюда и понятия разбелов и затемнений. В маляр­ных работах затемнения используют редко, зато разбе­лы - очень часто,

В малярных работах различают теплые и холодные цвета. К теплым относят красные, оранжевые, желтые, к холодным - синие, голубые, зеленые цвета. Например, зеленый цвет в зависимости от того, преобладает в нем желтый или синий цвет, может быть соответственно теп­лым или холодным. Комнаты, выходящие на север, при­нято окрашивать в теплые тона, комнаты, выходящие на юг, - в холодные. Тот же вопрос возникает при выборе цвета для окраски фасадов. При этом учитывают фон, на котором находится здание, а также цвет фасадов окружа­ющих зданий.

Теплые и светлые цвета принято называть выступаю­щими, а все холодные - отступающими.

Архитектурные детали на фасадах - наличники, пояски колонн, пиляс­тры - обычно окрашивают в более светлые тона, неже­ли плоскости самих фасадов. Таким приемом создается впечатление, что эти детали выступают от плоскости фасада.

Различные тяжелые и легкие цвета. Тяжелыми принято считать теплые, а легкими - светлые цвета. Это свой­ство также учитывают при выборе цвета для окраски по­верхностей фасадов или стен помещений. Обычно цоколь фасада окрашивают темнее этажей, а нижние этажи - темнее верхних. Этого же правила придерживаются и при окраске стен помещений.

Очень часто для пигментов, наполнителей, а также для связующих важно точно определить цвет, иначе будет трудно получить окрасочный состав заданного цветово­го тона.

ГОСТ 16873-78 устанавливает визуальный и инструментальный методы определения цвета пигментов для паст или красок и наполнителей для красок.

Визуальным методом определяют соответствие цвета испытуемого пигмента или наполнителя цвету утвержденных образцов (эталонов).

Инструментальным методом определяют координаты цвета X, У, испытуемого пигмента или наполнителя в сравнении с утвержденным образцом с помощью компаратора цвета типа ФКЦШ-М.

Но не всегда при смешении двух хроматических цветов получается смешанный хроматический цвет. В отдельных случаях, если один из хроматических цветов дополнить специально подобранным к нему Другим хроматическим цветом и смешать их в строго определенной пропорции, может получиться ахроматический тон. Если при этом были использованы хроматические цвета, близкие по чистоте цветового тона к спектральным, получающийся новый цвет окажется белым или светло-серым. Если пропорциональность при смешении нарушена, цветовой тон окажется того, цвета, которого было взято больше, при­чем насыщенность тона понизится.

Два хроматических цвета, образующих при смешении в определенной пропорции ахроматический тон, называются взаимодополнительными цветами (рис. 28). Смешение до­полнительных цветов никогда не может дать нового цве­тового тона. В природе существует множество пар взаи­модополнительных цветов, но для практических целей из основных пар дополнительных цветов создают цветовой круг из восьми цветов, в котором взаимодополнительные цвета размещают на противоположных концах одного диаметра.

В этом круге красному цвету соответствует дополнительный голубовато-зеленый, оранжевому - голубой, желтому - синий, желто-зеленому - фиолетовый. Следует отметить, что в любой паре дополнительных цветов один всегда принадлежит к группе теплых, а другой - к группе холодных.

В зависимости от того, в пределах какого интервала расположены цветные тона, их сочетания приобретают большую или меньшую гармонию.

Наиболее гармоничны цветные тона, расположенные в пределах больших (1) и малых (3) интервалов (1/2 и 1/8 окружности), наименее - в пределах средних (2) интервалов (1/4 окружности).

Помимо слагательного существует вычислительное, или механическое, смешение цветов. Этот вид смешения в отличие от оптического состоит в механическом смешении красок непосредственно на палитре, красочных составов - в емкостях или же в нанесении двух красочных прозрачных слоев один на другой (лессировка).

Примером вычислительного смешения цветов может служить луч света, пропущенный через три стекла - жел­того, голубого и пурпурного цветов, - поставленных одно за другим, и направленный на белый экран. В мес­тах перекрытия двух стекол - пурпурного и желтого -. получится красное пятно, желтого и голубого - зеленое, голубого и пурпурного - синее.

В местах же одновремен­ного перекрытия трех цветов появится черное пятно.

То, что цвет - это электромагнитная волна, воспринимаемая человеческим глазом и видимый участок спектра, И. Ньютон описал в работе «Оптика». Несмотря на то, что задолго до этого английский философ и естествоиспытатель Роджер Бэкон также наблюдал оптический спектр в стакане с водой, первое объяснение видимого излучения дал именно И. Ньютон. Подобные попытки исследования цвета чуть позже были проведены Иоганном Гете в труде «Теория цветов», в XVIII веке, в России, М. В. Ломоносовым.

И. Ньютону удалось разложить белый свет на цвета спектра что явилось первым значительный прорывом в изучении цвета.

Главной предпосылкой ученого к открытию спектра стало стремление усовершенствовать линзы для телескопов: основным недостатком телескопических изображений являлось наличие окрашенных в радужные цвета краев.

В 1666 году он произвел в Кембридже опыт разложения белого цвета призмой: через маленькое круглое отверстие в ставне окна в затемненную комнату проникал луч света, а на его пути оказывалась стеклянная трехгранная призма, пучок света в которой преломлялся . На экране, стоявшем за призмой, появлялась разноцветная полоса, позднее названная спектром. Он определил, что луч белого дневного света составляют лучи разных цветов, а именно: красного, оранжевого, желтого, зеленого, синего (голубого), индиго и глубоко фиолетового.

Ньютон И. Оптика или трактат об отражениях, преломлениях, изгибаниях и цветах света. - М.: Государственное издательство тсхнико- теоретической литературы, 1954.

Он объяснил, что их смешение является главной причиной многообразия цветовых гармоний, богатства красок природы.

Он так же обнаружил, что цветной луч, отражаясь и преломляясь бесконечное множество раз, остается той же окраски, откуда следовало, что цвет - некая устойчивая характеристика. Он также заметил, что при добавлении к цветному лучу белого света происходит его усложнение, в результате чего цвет разрежается и слабнет, пока не исчезнет совсем, с образованием серого или белого. Таким образом, чем сложнее цвет, тем он менее полон и интенсивен.

И. Ньютон установил также, что можно наоборот, смешав семь цветов спектра, вновь получить белый цвет. Для этого он поместил на пути разложенного призмой цветного пучка (спектра) двояковыпуклую линзу, которая снова налагает различные цвета один на другой; сходясь, они образуют на экране белое пятно. Если же поместить перед линзой (на пути цветных лучей) узкую непрозрачную полоску, чтобы задержать какую-либо часть спектра, то пятно на экране станет цветным.

Ученый также определил показатель преломления лучей различного цвета. Для этой цели в экране прорезалось отверстие; перемещая экран, можно было выпустить через отверстие узкий пучок лучей того или иного цвета. Такой выделенный пучок, преломляясь во второй призме, уже не растягивался в полосу: ему соответствует определенный показатель преломления, значение которого зависит от цвета выделенного пучка. Зависимость показателя преломления от цвета получила название «дисперсия цвета» (от лат. dispergo – разбрасываю).

Изучая природу света и цвета, Ньютон пришел к выводу, что постоянные цвета естественных тел происходят по причине того, что некоторые тела отражают одни сорта лучей, другие тела - иные сорта обильнее, чем остальные 1 . Цветные порошки, как заметил Ныотон, подавляют и удерживают в себе весьма значительную часть света, которым они освещаются. И они становятся цветными, отражая наиболее обильно свет их собственной окраски 2 . Ньютон И. Оптика или трактат об сражениях, преломлениях, изгибаниях и цветах света. - М.: Государственное издательство техшко- теоретической литературы, 1954. - 367 с.

Необходимо сказать, что, несмотря на дальнейшие изыскания, данную теорию (корпускулярная теория света) считать неверной нельзя, потому что цвет действительно можно рассматривать как поток фотонов - элементарных безмассовых частиц, двигающихся со скоростью света, и имеющих электрический заряд, равный нулю. Фотону как квантовой частице свойственен корпускулярно-волновой дуализм, то есть проявление одновременно свойств частицы и волны. Назвать И. Ньютона противником волновой теории не представляется возможным: он не отвергал эту идею. Ньютон провел аналогию между цветом и звуком, считая, что оба этих явления имеют подобную природу, чем, вероятно, предвосхитил открытие электромагнитной природы звука и света. «Как звук колокольчика, или музыкальной струны, или других звучащих тел есть не что иное, как колеблющееся движение, и в воздухе от предмет распространяется не что иное, как это движение... в последнем же появляются ощущения этих движений в форме цветов» .

С другой стороны в трактате, представленном в Королевское общество в 1675 году, он пишет, что свет не может быть просто колебаниями эфира, так как тогда он, например, мог бы распространяться по изогнутой трубе, как это делает звук. Но также он предлагает считать, что распространение света возбуждает колебания в эфире, что и порождает дифракцию и другие волновые эффекты.

В XVIII веке в России, М. В. Ломоносов исследуя проблемы цветовых явлений и делает ряд важных открытий, которые не получили широкой известности. Он обнаружил, что свет составляют, как бы три эфира, которые истекают от солнца и светящихся тел подобно реке. Эфиры обладают тремя типами движения, которые он назвал беспрестанным, зыблющимся и коловратным . Эфирные потоки составляют три типа частиц разных размеров. Из них, соляные частицы составляют эфир красного, ртутные - желтого, серные - голубого цвета. Остальные цвета образуются смешением красного, желтого и голубого. Эфирные частицы сцепляются с подходящими частицами на поверхности предметов и заставляют их колебаться с той или иной интенсивностью. Часть движения, таким образом, передастся, а оставшееся движение определяет видимый нами цвет. Если поверхность предмета поглотила коловратное или вращающиеся движение эфирных частиц - глаз видит черный цвет.

Так Ломоносов открыл физико-химическую природу цвета .

Согласно этой теории, температура влияет на интенсивность краски, что он доказал на опыте. Глаз человека воспринимает цвет, благодаря тому, что движение эфирных частиц, не поглощенное предметом, производит соответствующее движение на дне глаза.

По мере развития волновой теории света было уточнено то, что каждому цвету соответствует определенная частота световой волны. Английский ученый Т. Юнг , в 1800 году разработавший волновую теорию интерференции на основе сформулированного им принципа суперпозиции волн . По результатам своих опытов он довольно точно оценил длину волны света в различных цветовых диапазонах.

Согласно принципу интерференции (нелинейное сложение интенсивностей нескольких световых волн) темноту можно получить, сложив свет со светом, то есть взаимно погасить свет. Юнг исследовал различные приложения принципа интерференции и пришел к заключению, что свет должен распространяться волновым движением. Объяснить полосы интерференции с точки зрения истечения оказалось совершенно невозможным. Он вычислил также среднюю длину волны света различных цветов. Томас Юнг предполагал, что цвета соответствуют волнам различной длины, при чем в красных лучах волны самые длинные, в фиолетовых - самые короткие.

С развитием квантовой механики утвердилась идея Луи де Бройля о корпускулярно-волновом дуализме, по которой свет должен обладать одновременно волновыми свойствами, чем объясняется его способность к дифракции и интерференции, и корпускулярными свойствами, чем объясняется его поглощение и излучение.

Для полного понимания сущности цвета обратимся к понятию электромагнитного излучения , то есть к распространяющемуся в пространстве возмущению электромагнитного поля. Электромагнитное излучение принято делить по частотным диапазонам, между которыми нет резких переходов - границы условны. На Рис.2 представлен полный спектр электромагнитного излучения, отградуированный по уменьшению частоты: радиоволны (начиная со сверхдлинных), инфракрасное излучение, видимый свет, ультрафиолетовое, рентгеновское и гамма-излучение.

Рисунок 2 ‑ Полный спектр электромагнитного излучения

В общем спектре электромагнитных излучений видимое излучение составляет очень небольшой процент.

Приступая к малярным работам, любому неспециалисту следует хоть немного узнать о влиянии света на цвет, ведь от этих характеристик зависит верный подбор оттенка для ваших стен, полов, потолков. Часто бывает, что краска, которая в магазине выглядела интересно и свежо, смотрится бледно и негармонично, будучи нанесенной на поверхности в помещении квартиры. Наша статья позволит вам получить более точное представление о науке цвета и его взаимодействии со светом.

Итак, начнем с определений. Свет - это лучистая энергия, которую производят различные источники, как естественные (солнце, луна, звезды), так и искусственные (электрические лампы и свечи). Цвет в свою очередь получается в результате реагирования предмета на световые волны и закономерно зависит от спектрального состава этих излучений.

Таким образом, способность предмета к поглощению, пропусканию или отражению лучей является основой, определяющий его видимый цвет.

Характеристики цвета

В ярком освещении можно увидеть исходный цвет предмета, однако, как правило, это редко кому и когда удается. Так как, несмотря на относительное постоянство, природный цвет выглядит немного иначе для человеческого глаза за счет влияния ряда факторов:

• влияния контрастных «соседей»
• физических свойств поверхности предмета
• воздушной среды
• расстояния, на которое удален предмет от наблюдателя
• силы и спектрального состава прямых и отраженных лучей

То есть, мы, безусловно, знаем, что трава зеленая, а клубника красная, однако та же самая клубника будет выглядеть абсолютно иначе с близкого расстояния в солнечный день и разглядываемая издалека дождливым вечером.

Фактически человеческий глаз не способен различать чистые цвета - каждый из объектов мы видим с многочисленными цветовыми оттенками.

Цвета разделяются на две категории:

• Ахроматические цвета, к которым относят белый, черный и серый, не обладают цветом и различаются друг от друга по светлоте. Белый цвет даже с еле уловимым желтоватым оттенком будет относиться к хроматической категории.
• Хроматические цвета - спектральные цвета с учетом всех промежуточных оттенков.

Для разделения хроматических цветов существуют несколько определяющих критериев:

• Цветовой тон - характеристика цветности, которая определяется длиной волны, соответствующей доминирующему монохроматическому излучению.
• Светлота - оттеночная характеристика, ее показатели варьируются в пределах от чисто белого до спектрального цвета.
• Насыщенность - показатель количественного содержания чистого монохроматического цвета в световом потоке.

Еще одна важная характеристика цвета - это его заметность. Заметность может быть:

• Абсолютной.
• Относительной (цвет, заметный не по своей природе, а за счет выделяющейся светлоты на фоне ближайшего окружения).

Заметность цвета необходимо учитывать, желая привлечь внимание к определенной части композиции, интерьера. Наиболее заметными считаются насыщенные оранжево-красные тона, синий цвет наименее выдается с этой точки зрения.

Зависимость цвета от света

Цветной световой поток, попадая на поверхность предмета, логично влияет на его окраску. Разумеется, предметы меняют оттенки, руководствуясь определенными правилами:

• Предметы, окраска которых попадает в один тон со световым потоком, получают увеличение насыщенности цвета.
• Цвета противоположного оттенка становятся менее насыщенными и темнеют.
• Остальные цвета слегка окрашивается под цвет освещения.

Соответственно, так как искусственный свет электрических лам является желто-оранжевым, он придает соответствующий оттенок всем предметам, находящимся в зоне его достижения:

• Красный цвет становится более светлым и насыщенным.
• Желтый помимо осветления теряет насыщенность.
• Оранжевый цвет светлеет, но при этом приобретает красные оттенки.
• Голубой, синий, фиолетовый и цвет морской волны темнеют - при этом голубой зеленеет, синий делается менее насыщенным, а фиолетовый кажется красноватым.

Красный свет солнца на закате или рассвете придает всем цветам соответствующие оттенки. Зеленые предметы темнеют, красные логично приобретают особую насыщенность.

На изменения цвета влияет не только цветность светового потока, но и интенсивность освещения:

• Яркое освещение «обеляет» предметы.
• Слепящий свет окрашивает вещи в желтый.
• В темных пространствах цвета менее различимы, при этом голубые тона становятся наиболее светлыми и практически неотличимыми от белых.

Свет - это видимое излучение, т. е. электромагнитные волны в интервале частот, воспринимаемых человеческим глазом (7,5 10 14 -4,3 10 14 Гц).

Цвет - одно из свойств материального мира, воспринимаемое как осознанное зрительное ощущение. Тот или иной цвет «присваивается» человеком объектам в процессе их зрительного восприятия. В подавляющем большинстве случаев цветовое ощущение возникает в результате воздействия на глаз потоков электромагнитного излучения из диапозона длин волн, в котором это излучение воспринимается глазом (видимый диапазон - длины волн от 380 до 760нм).

Учение о совокупности данных физики, физиологии, психологии и других наук о цвете называется цветоведением. Цветоведение включает физическую теорию цвета, теорию цветового зрения, вопросы измерения и количественного выражения цвета (колориметрии), влияния цвета на человека, рассматриваемые с точки зрения, физиологии, психологии и эстетики. Знание цветоведения - важнейшее условие правильного решения вопросов, возникающих при создании искусственной цветовой среды человека.

Поток лучистой энергии, падая на поверхность, частично проникает в глубь тела и угасает по мере проникновения его в толщу, а частично отражается от поверхности. Степень угасания зависит от характеристики лучевого потока и свойств тела, в котором происходит процесс. В таком случае говорят, что поверхность поглощает лучи.

В зависимости от расстояния, на которое световой луч проникает в глубь тела до полного угасания, все тела условно подразделяют на прозрачные, полупрозрачные и непрозрачные. Абсолютно прозрачным для всех лучей считают только вакуум. К прозрачным телам относятся воздух, вода, стекло, хрусталь, некоторые виды пластмасс. Металлы принято считать непрозрачными. Фарфор, матовое стекло - полупрозрачные тела.

Отражение лучей. Луч света, падая на гладкую поверхность, отражается от нее под тем же углом, т. е. угол падения луча равен углу его отражения. По характеру отражения лучей света поверхности делят на зеркальные, глянцевые и матовые.

Зеркальные поверхности отражают практически весь лучевой поток под тем же углом к поверхности, не рассеивая его.

Глянцевые поверхности, например окрашенные эмалевыми красками, отражают значительную часть лучей в направлении, близком к зеркальному, несколько рассеивая их. Примером такого рода поверхностей являются поверхности, окрашенные эмалевыми красками.

Матовые поверхности рассеивают лучи света в результате некоторой шероховатости (например, свежая высохшая штукатурка, стена, покрытая клеевой краской, неокрашенное дерево).

Преломление света и дисперсия

Падая под углом к поверхности и переходя из одной среды в другую, луч света меняет свое первоначальное направление - преломляется. Так, проходя через стеклянную призму, луч преломляется дважды и дает на экране вместо круглого белого пятна ярко окрашенную радужную полоску, называемую спектром. Это явление получило название дисперсии (от латинского слова dispergo - разбрасываю).

Исаак Ньютон в 1666г. положил начало изучению дисперсии света. В спектре различают семь главных цветов, постепенно переходящих из одного в другой, занимая в нем участки различного размера (рис. 66). Это объясняется тем, что цветовые лучи, входящие в состав белого цвета, неодинаково преломляются призмой. Наименьшее отклонение от первоначального направления получает красная часть спектра, наибольшее - фиолетовая, следовательно, наименьший показатель преломления у красных лучей, наибольший - у фиолетовых.

Если из спектра выделить пучок лучей одного цвета, например красного, и пропустить его через вторую призму, то пучок вследствие преломления отклонится, но уже не разлагаясь на составные тона и не изменяя цвета.

Цветные пучки такого рода называются однородными или монохроматическими. Мощность однородного (монохроматического) излучения измеряют в ваттах.

Вышедшие из призмы цветные лучи спектра можно собрать линзой или второй призмой и получить на экране пятно белого света. Разложением пучка белого света на спектр установлено, что белый свет состоит из цветных лучей. Длина воли лучей видимого спектра различна и лежит приблизительно в пределах от 380 до 760нм.

Невидимая часть спектра - это химически активные ультрафиолетовые лучи с длиной волн менее 380нм и тепловые - инфракрасные с длиной волн более 780нм. Наличием невидимых лучей в солнечном свете объясняется отчасти разрушительное влияние света на пигменты и лакокрасочные покрытия. Некоторые искусственные источники света (например, ртутная лампа, богатая ультрафиолетовыми лучами) применяют для испытания пигментов на светостойкость.

В зависимости от спектрального состава отражаемого лучевого потока поверхности делят на две группы: поверхности ахроматических тонов (бесцветные) и хроматические (цветные).

Ахроматические и хроматические тона

Поверхности ахроматических тонов обладают свойством отражать лучевой поток одинаково всеми частями видимого света. Эти поверхности вызывают ощущение белых, черных и всех промежуточных серых тонов. Подобные отражения лучевого потоканазываются неизбирательными, они отличаются одно от другого коэффициентом отражения, определяющим их светлоту.

Ахроматическая шкала, которой пользуются для визуального определения коэффициента отражения света поверхностью, представляет собой набор выкрасок (образцов) бесцветных тонов различной светлоты - от белого до черного.

Трудно отыскать поверхности чистого ахроматического тона. Известны различные виды теплых и холодных тонов, которые условно в обиходе принято называть серыми, но в некоторых имеется примесь спектральных цветовых тонов.

Поверхности хроматических тонов обладают свойством избирательного отражения лучей. В потоке отраженного света преобладают монохроматические лучи одного или нескольких видов. Такие поверхности отличаются друг от друга тремя свойствами: цветовым тоном, светлотой и насыщенностью.

Цветовой тон - основная характеристика цвета, определяемая длиной волны, которая соответствует преобладающему монохроматическому излучению. Естественным рядом цветовых тонов является спектр солнечного света.

Светлотой называется ряд оттенков одного и того же цветового тона от чисто белого до чистого спектрального цвета. Оценивается коэффициентом отражения.

Насыщенность определяется содержанием чистого монохроматического цвета в смешанном отраженном световом потоке. Насыщенность цвета характеризует степень разбавления спектрального цвета белым.