Белый — это цвет, который отражает больше всего света. Когда белый свет, содержащий все видимые длины волн, падает на белую поверхность, почти весь свет отражается обратно к глазам. Это делает поверхность белой. Другие цвета поглощают некоторые длины волн и отражают другие, придавая им свои отличительные оттенки. Но белый отражает почти одинаковое количество красного, зеленого и синего света. Понимание отражения света является ключом к физике цвета и зрения.
Видимый свет состоит из спектра длин волн, которые находятся в диапазоне от 380 до 740 нанометров. Самые длинные длины волн кажутся красными, переходя через оранжевый, желтый, зеленый, синий и фиолетовый по мере того, как длины волн становятся короче. Когда белый свет падает на объект, некоторые длины волн поглощаются, а другие отражаются. Наши глаза обнаруживают отраженные длины волн, и наш мозг интерпретирует их как цвет.
Например, лист кажется зеленым, потому что он поглощает красноватый и голубоватый свет, а отражает в основном зеленый. Красное яблоко поглощает другие цвета и отражает в основном красный. Черный поглощает все видимые длины волн и почти ничего не отражает, в то время как белый отражает почти равное количество полного спектра.
Количество отраженного или поглощенного света зависит от состава материала и структуры поверхности. Когда свет попадает на объект, может произойти несколько вещей:
– Пропускание – свет проходит через материал. Это происходит с прозрачными объектами.
– Поглощение – свет поглощается материалом. Энергия преобразуется в небольшое количество тепла.
– Отражение – свет отражается от поверхности. Гладкие, блестящие поверхности, как правило, отражают больше.
– Рассеивание – свет рассеивается во многих направлениях. Это происходит с шероховатыми или матовыми поверхностями.
Степень отражения, поглощения, пропускания и рассеивания различается по цветовому спектру для разных материалов. Эти факторы придают объектам цвет.
Белые объекты кажутся белыми, потому что их состав и структура поверхности отражают почти весь видимый свет одинаково. Например, снег и облака кажутся белыми, потому что капли воды рассеивают и отражают все длины волн. Белая краска содержит добавки, такие как диоксид титана, которые преломляют свет. Бумага выглядит белой, потому что волокна древесной массы отражают и рассеивают все цвета.
Когда все видимые длины волн попадают на белую поверхность и отражаются, световой стимул активирует весь спектр цветовых рецепторов в наших глазах. Наша зрительная система интерпретирует это равномерное отражение как белый цвет. Черный — наоборот, поглощает, а не отражает. Другие цвета преимущественно поглощают некоторые длины волн, отражая другие.
Отражательную способность поверхности можно измерить с помощью спектрофотометра. Этот прибор освещает материал светом и измеряет процент отражения на разных длинах волн. Кривая отражения показывает, какая часть спектра отражается или поглощается.
Белые поверхности и краски, предназначенные для максимального отражения, имеют плоскую кривую отражения, что означает равномерное отражение примерно 90% в диапазоне длин волн от 380 до 740 нм. В таблице ниже приведены примеры значений отражательной способности для белого и других цветов:
| Цвет | Отражательная способность, % |
|---|---|
| Белый | 95 |
| Желтый | 80 |
| Красный | 45 |
| Зеленый | 25 |
| Синий | 10 |
Тот факт, что белый цвет отражает больше всего света во всем видимом спектре, делает его полезным во многих приложениях:
– Краска — Белая краска и настенные покрытия увеличивают яркость в помещении.
– Крыши — Белые крыши отражают солнечный свет и остаются прохладнее. Это снижает затраты на охлаждение.
– Текстиль. Белые ткани отражают тепло от тела и солнечный свет, чтобы оставаться прохладнее.
– Бумага. Белый фон равномерно отражает свет, обеспечивая высокую читаемость.
– Косметика. В пудрах для лица используются диоксид титана и оксид цинка для максимального отражения.
– Добавки. Диоксид титана добавляют во многие продукты, от краски до пластика, чтобы сделать их ярче.
– Охлаждение. Высокая отражательная способность солнечного света помогает пассивным системам охлаждения работать более эффективно.
– Освещение. Белые поверхности, такие как потолки, усиливают окружающий свет, снижая потребление энергии для электрического освещения.
Несколько факторов влияют на то, сколько света отражается от поверхности:
– Состав материала. Металлы отражают больше, чем ткани. Краски и покрытия содержат пигменты и добавки, предназначенные для отражения.
– Текстура поверхности – Гладкие полированные поверхности отражают больше, чем шероховатые поверхности, которые рассеивают свет.
– Угол – Отражение зависит от угла падения падающего света. Оно меньше всего при падении на стекло.
– Длина волны – Более длинные волны отражают больше, чем короткие, от данной поверхности.
– Окисление – Когда такие материалы, как металлы, окисляются, это изменяет их отражательные свойства.
– Загрязнения – Грязь, копоть и другие загрязнители снижают отражательную способность поверхности.
– Температура – Тепло может изменить состав и отражательную способность материала. Например, железо изменяется при нагревании и охлаждении.
В то время как белый отражает почти одинаковое количество всех видимых длин волн, другие цвета отражают только некоторые длины волн, поглощая остальные. Например:
– Желтый — отражает красный и зеленый, поглощает синий
– Голубой — отражает зеленый и синий, поглощает красный
– Пурпурный — отражает красный и синий, поглощает зеленый
– Красный — отражает красный, поглощает другие цвета
– Зеленый — отражает зеленый, поглощает другие цвета
– Синий — отражает синий, поглощает другие цвета
Это избирательное отражение придает каждому цвету его характерный вид. Объединение цветов добавляет длины волн, которые они отражают. Например, красный и зеленый дают желтый. Голубой, пурпурный и желтый являются вычитательными основными цветами в цветной печати.
Люди видят белый цвет, когда наши глаза обнаруживают примерно равное количество красного, синего и зеленого света. Это три основных аддитивных цвета, обнаруживаемых колбочками в наших сетчатках. Когда белый свет падает на объект и равномерно отражает все длины волн, он полностью стимулирует эти колбочки.
Информация о свете передается зрительным нервом в зрительную кору головного мозга. Поскольку все три типа колбочек стимулируются примерно одинаково, мозг воспринимает цвет как белый. Это называется аддитивным смешиванием цветов, и именно поэтому белый отражает все цвета.
Есть несколько интересных аспектов того, как мы воспринимаем белый свет:
– Белый на самом деле не является одной длиной волны, а объединяет все цвета.
– Солнечный свет кажется белым, хотя его пик приходится на желто-зеленую область.
– Белые объекты могут отражать немного разные длины волн, но мы все равно видим их белыми.
– При аддитивном смешивании красный, синий и зеленый составляют белый. Но пигменты краски сочетаются по-разному.
– Восприятие белого цвета — это интерпретация нашей зрительной системы. Поверхность равномерно отражает все длины волн независимо от восприятия.
Таким образом, белизна — это как физическое отражательное свойство, так и психологическое цветовое восприятие. Он закрепляет яркий конец измерения светлоты цветового пространства.
Поскольку белый цвет отражает все видимые длины волн, его можно измерить, рассчитав общую отражательную способность по всему спектру. Используются две основные меры:
– Отражение света – взвешивает длины волн по дневной чувствительности глаза. Измеряется от 380 до 780 нм.
– Отражение солнца – взвешивает длины волн по солнечному излучению на поверхности Земли. Измеряется от 300 до 2500 нм.
Оба показателя выражаются в процентах от общего отраженного падающего света. Идеальный отражающий рассеиватель имеет отражательную способность света 100%. Высокоотражающие белые цвета имеют значения более 90%.
Ультрабелые краски, используемые в архитектуре и искусстве, могут достигать светового отражения до 98%, делая сцены ярче при меньшем количестве необходимого освещения. Максимальное отражение имеет как эстетические, так и энергетические преимущества.
Существуют различные типы смешивания цветов:
– Аддитивное — объединение длин волн света. Красный, синий, зеленый дают белый. Используется в источниках света.
– Субтрактивное — поглощение длин волн пигментами. Желтый, голубой, пурпурный дают черный. Используется в красках и печати.
– Партитивное — смешивание пигментов. Объединение цветов краски дает более темные оттенки, в конечном итоге стремящиеся к черному.
Таким образом, в то время как белый отражает все аддитивные цвета, объединение субтрактивных пигментов краски на самом деле никогда не даст белый. Ближайший эквивалент — смешивание желтого, голубого и пурпурного.
Некоторые примеры, где желательны белые поверхности и материалы с высокой отражательной способностью, включают:
– Архитектура — Белые стены, потолки и отделка ярко освещают внутренние помещения.
– Краски и покрытия — Диоксид титана добавляется в краску для максимального отражения.
– Бумага — Отбеленная бумажная масса равномерно отражает свет, обеспечивая высокую читаемость.
– Текстиль — Летняя одежда использует белую ткань, которая отражает солнечный свет и тепло.
– Косметика – Тональные основы и пудры содержат диоксид титана и оксид цинка в качестве отражателей.
– Дороги – Высокоотражающее белое покрытие снижает потребность в ночном освещении.
– Автомобили – Белая автомобильная краска отражает больше солнечного света, уменьшая накопление тепла.
– Крыши – Белые отражающие крыши снижают расходы на охлаждение летом.
Максимизация белизны и отражательной способности имеет как практические функции, так и эстетические преимущества для этих применений.
Существуют способы изменения видимой белизны поверхности:
– Красители или пигменты – Добавление красителей поглощает некоторые длины волн, вызывая не совсем белый оттенок.
– Отбеливание – Удаляет цветные пигменты, увеличивающие отражательную способность. Используется для бумаги, текстиля, косметики.
– Флуоресценция – Поглощает ультрафиолет и переизлучает его в виде видимого синего света, усиливая белизну.
– Синьки – Добавки, такие как ультрамариновый синий, окрашивают белые в синий цвет, нейтрализуя желтые оттенки.
– Оптические отбеливатели – Химические вещества, которые преобразуют УФ-свет в видимый синий свет с помощью флуоресценции.
– Царапины – Шероховатые или поцарапанные поверхности рассеивают больше света, уменьшая зеркальное отражение.
– Окисление – Химическое окисление со временем затемняет белизну таких материалов, как металлы и пластик.
– Грязь – Твердые загрязняющие частицы на поверхности поглощают некоторые длины волн света.
Черный цвет является противоположностью белого, когда дело касается отражения света. Идеально черная поверхность поглощает все длины волн видимого света одинаково, почти не отражая их. Это делает ее черной. Различные материалы могут создавать этот эффект, используя различные механизмы.
Например, черная краска содержит пигменты углеродной сажи или оксида железа, которые поглощают свет. Черный пластик пропитан частицами углерода. Анодированный алюминий имеет нанопористую поверхность, которая улавливает свет. Vantablack содержит сложную трехмерную структуру нанотрубок, поглощающую более 99% света.
Независимо от конкретного материала, черная поверхность получается, когда структура и состав оптимизированы для поглощения, а не отражения на всех видимых длинах волн. Черный поглощает больше всего света из-за этого свойства полного поглощения света.
Белый цвет - это цвет, который отражает больше всего света, потому что его состав и структура отражают все видимые длины волн примерно одинаково. Это полное спектральное отражение стимулирует все три типа колбочек в наших глазах, которые наш мозг воспринимает как белый цвет. Понимание отражения света, поглощения и смешивания цветов помогает объяснить, почему белый цвет кажется белым.
Оптимизация белизны имеет множество применений из-за ее высокой отражательной способности. Она делает внутренние помещения ярче, помогает эффективно отражать или поглощать тепло, снижает потребность в освещении и помогает в эстетике, например, в косметике. Черный цвет, наоборот, поглощает больше всего света из-за поверхностей, оптимизированных для полного поглощения света, а не для отражения.