Когда мы видим цвета, это происходит потому, что определенные длины волн света отражаются от объекта, а другие длины волн поглощаются. Отраженные длины волн определяют, какой цвет воспринимают наши глаза. Например, красный объект кажется красным, потому что он отражает длины волн света в красной части видимого спектра, поглощая другие длины волн. Понимание того, как работает отражение цвета, помогает объяснить такие явления, как почему небо голубое и почему объекты имеют свои определенные цвета.
Видимый свет состоит из спектра длин волн от коротких до длинных, соответствующих цветам: фиолетовый, индиго, синий, зеленый, желтый, оранжевый и красный. Когда белый свет, содержащий все длины волн, падает на объект, некоторые из длин волн поглощаются, а другие отражаются.
Отраженные длины волн — это то, что наши глаза видят как цвет объекта. Например, банан кажется желтым, потому что он отражает свет в желтых длинах волн, поглощая другие цвета. Знак «Стоп» выглядит красным, потому что он отражает длинные волны, которые мы видим как красные, и поглощает короткие голубоватые волны.
Поглощенные цвета по сути вычитаются из белого света, в то время как отраженные цвета складываются в видимый оттенок объекта. Таким образом, если объект отражает в основном красные и зеленые волны, мы увидим его желтым, поскольку красный и зеленый свет объединяются, чтобы создать этот цвет.
Небо кажется голубым днем, потому что молекулы в атмосфере рассеивают синие волны больше, чем другие цвета. Свет с более короткими волнами более склонен к рассеиванию, чем с более длинными волнами.
Когда солнечный свет попадает в атмосферу, свет с фиолетового и синего концов спектра рассеивается во всех направлениях молекулами газа и частицами воздуха. Рассеянный синий свет достигает наших глаз, делая небо голубым с земли. На восходе и закате солнечному свету приходится проходить через большее количество атмосферы и рассеиваться, чтобы достичь нас, пропуская больше красного света и вызывая драматические оранжевые и красные оттенки.
Когда свет падает на объект, могут произойти две вещи: некоторые длины волн поглощаются, а другие отражаются. Отраженные длины волн определяют цвет, который мы видим. Но почему разные материалы поглощают и отражают разные длины волн?
Ответ кроется в атомной и молекулярной структуре материалов. Такие факторы, как электронная конфигурация, химические связи и запрещенные зоны в металлах, красителях и пигментах, заставляют их преимущественно поглощать или пропускать определенные длины волн. Например, материалы, содержащие определенные переходные металлы, поглощают частоты, которые нейтрализуют желтый свет, заставляя объект казаться синим или фиолетовым.
Понимание этих механизмов поглощения позволило ученым создать теории цвета, которые помогли стать пионерами современной химии и квантовой механики.
Пигменты — это химические вещества, которые избирательно поглощают определенные длины волн света. Поглощая некоторые цвета больше, чем другие, они оставляют отраженные цвета видимыми как цвет пигмента. Распространенные пигменты включают меланин в коже и волосах, хлорофилл в растениях и гемоглобин в крови.
Красители похожи, но обычно представляют собой растворимые химикаты, а не нерастворимые порошки. Красители для тканей работают, прикрепляясь к волокнам ткани и поглощая некоторые цвета, а другие отражая обратно в глаз. Смешивание нескольких красителей расширяет диапазон возможных цветов.
Как пигменты, так и красители выглядят определенным цветом, потому что их молекулярные структуры поглощают определенные длины волн, отражая или пропуская другие. Современная химия позволяет проектировать молекулы, которые поглощают именно нужные цвета.
В то время как пигменты и красители производят цвет посредством поглощения, некоторые цвета в природе возникают в результате взаимодействия света со сложными наноструктурами, а не с химическими веществами. К ним относятся радужные бабочки, перья, ракушки и опалы.
Их мельчайшие структуры заставляют световые волны интерферировать и отражать определенные цвета посредством эффектов дифракции. Небольшие изменения угла обзора могут значительно изменить цвет. Этот структурный цвет основан на физике, а не на химии, создавая яркие оптические эффекты без каких-либо пигментов.
Некоторые вещества поглощают световую энергию и повторно излучают ее в виде разных цветов посредством флуоресценции или фосфоресценции. Флуоресцентные материалы быстро поглощают и переизлучают свет, в то время как фосфоресцентные имеют более длительное свечение.
Плакаты, краски и моющие средства для стирки часто содержат флуоресцентные красители. Светящиеся в темноте игрушки и часы используют фосфоресцентные материалы. Эти процессы поглощения и переизлучения приводят к резким изменениям цвета по сравнению с обычным отраженным светом.
Метамерия описывает, когда два цвета совпадают при одних источниках света, но не совпадают при других. Это происходит из-за того, что спектральное распределение мощности различных источников света, таких как дневной свет и внутреннее освещение, существенно различается. Цвет, который отражает много желтоватых длин волн при дневном свете, может казаться более оранжевым при вольфрамовых лампах.
К счастью, наш мозг обрабатывает цвета субъективно через постоянство цвета. Это помогает цвету казаться относительно постоянным при различных условиях освещения, что является важной адаптацией, которая обеспечивает визуальную непрерывность в наших сложных средах.
Сочетание определенных основных цветов пигмента приводит к аддитивным смесям, которые отражают новую длину волны цвета. Для пигментов распространенными основными цветами являются голубой, пурпурный и желтый. Смешение голубого и пурпурного дает синий, сочетание голубого и желтого дает зеленый, а смешивание пурпурного и желтого дает красный.
Свет также смешивается аддитивно, но использует разные основные цвета: красный, зеленый и синий. Телевизоры и компьютерные экраны создают широкую гамму цветов, комбинируя различные интенсивности красного, зеленого и синего света.
При субтрактивном смешивании цветов сочетание пигментов краски дает более темные цвета. Это лежит в основе четырехцветной печати с использованием голубых, пурпурных, желтых и черных чернил для создания цветных изображений и графики.
Понимание науки отражения цвета позволяет художникам и дизайнерам создавать желаемые визуальные эффекты. В живописи отраженные цвета комбинируются на основе типов используемых пигментов. Цифровой дизайн опирается на манипулирование длинами волн света с использованием цветовых моделей RGB.
Принципы теории цвета помогают выбирать цвета, которые вызывают определенное настроение или передают визуальное воздействие. Отражательные свойства металлов, минералов и красителей создали первые художественные палитры, в то время как современные технологии позволили создать любой мыслимый цвет.
Воспринимаемый цвет объекта зависит от длин волн света, которые он отражает для наших глаз. Поглощение и отражение определенных частот определяют цвет материала. Знание физики света, химии красителей и наноструктур дает представление о создании цвета и механизмах, лежащих в основе ярких естественных оптических эффектов. Независимо от того, используются ли пигменты, частицы или пиксели, тонкое взаимодействие отражения, поглощения и излучения обеспечивает бесконечный спектр возможных цветов.