Мир вокруг нас цветной и яркие краски встречаются повсюду. Трава зеленая, а небо голубое. Апельсин оранжевый, а кошка серая. Всё это цвета.
Всё, что мы видим вокруг - есть игра света. Зрение устроено так, что мы воспринимаем световые лучи, которые провзаимодействовали с объектом, а потом попали нам на сетчатку глаза. Такой луч мог преломляться, а мог отразиться.
Преимущественно, мы видим отраженные лучи и именно они рисуют изображение объекта в нашем глазу. Основы физической оптики мы рассматривали в этом материале.
Полезно вспомнить основы, изложенные в этом ролике:
Световой луч - это условное изображение светового потока, которое мы можем нарисовать таким образом вследствие работы закона прямолинейного распространения света.
Сам же свет есть энергия. Он обладает как волновой природой, так и имеет свойства потока частиц (наподобие радиоактивного излучения). Многие скажут, что корпускулярно-волновая природа света уже потеряла свою актуальность и свет давно принято считать волной, но я бы всё же не спешил спорить с классической механикой и учебными пособиями.
Чистый свет имеет белый цвет. Но что такое цвет?
Ещё раз вспомним, что свет обладает в том числе волновой природой. Это электромагнитная волна. У каждой волны есть такой параметр, как длина волны. Будь-то механическая волна или будь-то электромагнитная, она обладает длиной.
Электромагнитные волны с длинной в диапазоне 380-780 нанометров называются видимым светом. На самом деле у света есть и невидимая для нас "часть". Ведь это излучение подразумевает "широкий" поток излучений. Но некоторая часть лежит за пределами обозначенного диапазона.
Белый свет не имеет определенной длины волны, а от того и не имеет цвета. Это группа потоков с разными длинами волн, которые в сумме воздействуют на наш глаз, формируя белый цвет. В природе нет белого света. Это результат воздействия на глаз световых излучений с различными длинами волн.
Выделяется семь основных цветов. Они, как вы уже поняли, представляют из себя электромагнитные волны с разными длинами волн. Также их называют монохроматическими излучениями.
Такие оттенки, как розовый или салатовый образуются в результате смешения нескольких монохроматических излучений с различными длинами волн и собственного монохроматического излучения не имеют.
Свет белого цвета можно разложить на цветные составляющие. Такие цветные составляющие называются спектр. Спектр есть цветные полосы, которые чередуются одна за другой.
С этим делом впервые баловался наш друг Ньютон. Он ремонтировал телескоп и вдруг заметил, что по краям линзы на пучке прошедшего через неё света формируется радуга.
Тут мы сталкиваемся с новым понятием, которое называется дисперсия.
Дисперсия - это способность света, проходящего через объект не только преломляться, но и раскладываться на спектр. Или можно сказать, что это зависимость показателя преломления и скорости света от частоты (а значит - и длины) световой волны. Эту фишку тоже обнаружил Ньютон. Он известен нам по законам классической механике. Их мы изучали тут.
Теперь самое интересное.
Почему же, скажем, зеленое яблоко зеленого цвета?
Цвет — это способность объектов отражать или излучать световые волны отдельной части спектра.
Мы помним, что свет, который падает на объект, отражается от него и отправляется к нам в глаз. Но от разных тел свет отражается по разному.
Какая-то часть волн с определенной длиной волны из спектра от объекта отражаются, а какие-то поглощаются. Давайте посмотрим на картинку.
Как вы видите из схемы, на первой картинке слева, на объект упал свет белого цвета, который, как мы помним, состоит из семи основных монохроматических излучений, и объект поглотил все излучения, кроме зеленого. Цвет с длиной волны, характерной для зеленого, был отражен и попал нам в глаз. Его мы увидели, а остальные волны были поглощены.
Теперь посмотрим на другие картинки. Очевидно, что черный цвет - это полное поглощение. Отсутствие как такового отраженного цвета. Белый же - напротив. Полное отражение всех семи цветов спектра. Я думаю, это разъясняет, почему белая машина меньше нагревается на солнце, а черная чуть ли не плавится.
Как таковой цвет объекта на физическом уровне определяется множеством факторов. Преимущественно, роль играет структура образца.
Например, если рассмотреть белый снег, то там мы имеем дело с огромным количеством поверхностей для отражения. Ведь пористость у него огромная. В итоге мы видим скорее рассеянный свет, нежели отраженный. А воспринимаем мы его как белый цвет.
Взаимодействие вещества со световым излучением происходит таким образом, что за один приём одна молекула поглощает только одну порцию излучения. Молекула поглощает не любые электромагнитные волны, а только те, которые подходят ей по величине «порции».
Примерно так можно объяснить природу появления цвета у любого объекта вокруг нас.
