Свет, видимый человеческому глазу, является частью электромагнитного спектра, который находится в диапазоне длин волн от 380 до 740 нанометров. Цвет, который мы воспринимаем, глядя на свет, зависит от его частоты или длины волны. Так какова же именно связь между частотой, длиной волны и цветом? Давайте подробнее рассмотрим некоторые основы видимого света.
Видимый свет является частью электромагнитного спектра, который включает радиоволны, микроволны, инфракрасное излучение, ультрафиолетовое излучение, рентгеновские лучи и гамма-лучи. Человеческий глаз может обнаружить только небольшую часть этого спектра, от фиолетового света с длиной волны около 380 нанометров до красного света с длиной волны около 740 нанометров.
Свет действует и как волна, и как частица. Как волна, свет имеет длину волны и частоту. Длина волны — это расстояние между последовательными пиковыми точками световой волны. Частота относится к тому, сколько длин волн проходит через заданную точку за единицу времени. Частота измеряется в герцах (Гц) или циклах в секунду.
Длина волны и частота света тесно связаны. По мере увеличения частоты длина волны уменьшается. Эта связь описывается уравнением:
c = ??
Где c — скорость света в вакууме (2,998 x 108 м/с), ? — длина волны, а ? — частота.
Видимый спектр можно разбить на отдельные цвета в зависимости от длины волны и частоты:
| Цвет | Длина волны (нм) | Частота (ТГц) |
|---|---|---|
| Фиолетовый | 380-450 | 668-789 |
| Синий | 450-495 | 606-668 |
| Зеленый | 495-570 | 526-606 |
| Желтый | 570-590 | 508-526 |
| Оранжевый | 590-620 | 484-508 |
| Красный | 620-750 | 400-484 |
Как показано в таблице, фиолетовый свет имеет Самая короткая длина волны и самая высокая частота, в то время как красный имеет самую длинную длину волны и самую низкую частоту. Остальные цвета находятся между этими двумя крайностями.
В нормальных условиях длина волны (или частота) определяет цвет, который мы видим. Наши глаза имеют рецепторы, которые чувствительны к свету на основе его длины волны. Свет около 450 нм активирует рецепторы, которые мы воспринимаем как синий, в то время как свет около 620 нм активирует рецепторы, которые мы видим как красный.
Когда все видимые длины волн света попадают в наш глаз с одинаковой интенсивностью, мы воспринимаем это как белый свет. Отдельные цвета можно разделить с помощью призмы, которая преломляет различные длины волн под разными углами в зависимости от их частоты.
Поскольку длина волны и частота обратно пропорциональны, свет с более высокой частотой кажется нам более синим, в то время как свет с более низкой частотой кажется нам более красным. Это соотношение позволяет нам соотносить измерение частоты или длины волны световой волны с ее воспринимаемым цветом.
Хотя длина волны и частота являются основными детерминантами цвета, есть и другие факторы, которые могут влиять на то, как мы воспринимаем цвет:
Хотя эти факторы могут тонко влиять на восприятие цвета, доминирующим фактором остается длина волны/частота при просмотре монохроматического света в нормальных условиях.
В человеческом глазу есть два типа световых рецепторов — палочки и колбочки. Палочки обеспечивают зрение при слабом освещении, в то время как колбочки отвечают за наше цветовосприятие. Существует три типа колбочек, каждый из которых лучше всего реагирует на разные диапазоны длин волн:
Сигналы от трех типов колбочек обрабатываются мозгом, чтобы дать нам восприятие цвета. Наличие трех отдельных систем колбочек, настроенных на разные длины волн, позволяет нам видеть весь видимый спектр в цвете.
Объединив всю эту информацию, мы можем составить карту непрерывного цветового спектра в зависимости от длины волны и частоты:
| Цвет | Длина волны (нм) | Частота (ТГц) | Тип колбочки |
|---|---|---|---|
| Фиолетовый | 380-450 | 668-789 | S |
| Синий | 450-495 | 606-668 | S |
| Зеленый | 495-570 | 526-606 | M |
| Желтый | 570-590 | 508-526 | L |
| Оранжевый | 590-620 | 484-508 | L |
| Красный | 620-750 | 400-484 | L |
Эта таблица иллюстрирует, как длина волны и частота соотносятся с тем, что мы воспринимаем как цвет, благодаря трем типам колбочек в наших глазах. Фиолетовый свет имеет самую короткую длину волны, а красный — самую длинную, а другие цвета находятся между ними. Частота показывает ту же обратную зависимость, с фиолетовым на самой высокой частоте, а красным на самой низкой.
Вот еще несколько интересных фактов о видимом спектре света:
Подводя итог, частота в первую очередь определяет цвет, который мы воспринимаем в видимом свете. По мере увеличения частоты длины волн становятся короче, и свет кажется ближе к фиолетовому/синему концу спектра. По мере уменьшения частоты длины волн становятся длиннее, и свет кажется ближе к красному концу. Колбочки наших глаз чувствительны к различным диапазонам длин волн, что позволяет мозгу интерпретировать непрерывный цветовой спектр.
Хотя другие факторы могут немного влиять на восприятие цвета, доминирующая связь заключается в том, что более высокочастотный видимый свет кажется синим, фиолетовым, а более низкочастотный видимый свет кажется красным из-за внутренних свойств световых волн. Понимание этой связи между частотой, длиной волны и цветом позволяет нам манипулировать видимым светом для создания широкого спектра цветов в устройствах, лазерах, светодиодах и других световых приложениях.