Почему некоторые предметы черные?

Есть несколько основных причин, по которым некоторые объекты кажутся черными:

Поглощение света

Основная причина, по которой некоторые объекты черные, заключается в том, что они поглощают большую часть видимых длин волн света, а не отражают их для наших глаз. Когда свет попадает на объект, он может быть либо отражен, либо передан, либо поглощен. Объекты, которые кажутся черными, поглощают большую часть видимого светового спектра, отражая очень мало обратно для наших глаз.

Например, черная футболка или черный автомобиль выглядят темными, потому что материал и пигменты, из которых состоят эти объекты, поглощают большую часть света в видимых длинах волн вместо того, чтобы отражать его обратно. Это придает объектам темный, черный вид.

Пигменты

Пигменты — еще один фактор, который способствует тому, что объект выглядит черным. Многие черные вещества содержат пигменты на основе углерода, такие как уголь или сажа. Эти пигменты сильно поглощают видимые длины волн света, заставляя материал выглядеть черным.

Углеродная сажа и слоновая кость — два распространенных пигмента, используемых в красках, чернилах, пластике и других материалах для создания черного цвета. Частицы пигмента поглощают световую энергию, а не отражают ее, создавая этот темно-черный вид.

Поверхностная отделка

Насколько гладкая или шероховатая поверхность объекта также может влиять на то, выглядит ли он черным. Поверхности с очень гладкой отделкой, как правило, отражают больше света, в то время как грубые, неровные поверхности рассеивают и поглощают свет.

Например, лист черной бумаги выглядит черным отчасти потому, что волокна, из которых состоит бумага, имеют более шероховатую поверхность, которая рассеивает свет во всех направлениях. С другой стороны, гладкая черная пластиковая поверхность, вероятно, будет отражать больше света и не выглядеть такой темной.

Множественные внутренние отражения

Когда свет попадает в определенные вещества, он может отражаться и отражаться от внутренней структуры несколько раз. Каждый раз, когда свет отражается изнутри, поглощается больше.

Например, гагат — это черное вещество, образованное из окаменелой древесины под высоким давлением. Он выглядит черным, потому что, когда свет попадает в гагат, он многократно отражается изнутри от его сложной молекулярной структуры, поглощаясь все больше каждый раз, пока свет почти не перестает возвращаться.

Что делает цвета черными

Когда мы видим цвет черным, это означает, что материал поглощает большинство видимых длин волн света и отражает очень мало обратно к нашим глазам. Это делает его темным.

Различные материалы могут казаться черными, поглощая свет различными способами:

  • Пигменты — пигменты на основе углерода, такие как уголь или сажа, поглощают свет.
  • Молекулярные свойства — материалы с определенной внутренней молекулярной структурой поглощают больше света.
  • Текстура поверхности — шероховатые или неровные поверхности рассеивают свет во всех направлениях.
  • Красители/окрашивающие вещества — черные красители и окрашивающие вещества разработаны для поглощения света широкого спектра.

Таким образом, хотя разные вещества используют различные методы поглощения света, в конечном итоге очень мало видимого света отражается обратно, создавая черный вид.

Типы черных цветов

Существуют различные оттенки и вариации черных цветов, в том числе:

  • Черный как смоль — очень глубокий, темный черный цвет с небольшим отражением света или блеском.
  • Черное дерево — немного светлее и теплее, чем угольно-черный, с немного более коричневым оттенком.
  • Угольно-черный — темно-черный с сероватым оттенком.
  • Черный оникс — глубокий, насыщенный черный, который может иметь едва заметный прозрачный блеск.
  • Матовый черный — матовый черный без отражающего блеска или блеска.

Точный оттенок черного зависит от таких факторов, как используемые пигменты, блеск поверхности и микроскопическая текстура. Но во всех случаях основным принципом является то, что материал поглощает большую часть видимого света.

Обычные черные предметы и материалы

Многие повседневные предметы и материалы вокруг нас кажутся черными. Вот несколько распространенных примеров:

  • Шины
  • Масло/смола
  • Древесный уголь
  • Черный пластик и резина
  • Текстиль, такой как черный хлопок или шерсть
  • Копировальная бумага
  • Оксиды железа
  • Обсидиан
  • Чернила/тонер для принтера
  • Изоляция электрических проводов

Эти вещества содержат пигменты, красители или имеют поверхностные свойства, которые приводят к поглощению большей части видимого света, создавая черный цвет.

Черный цвет в природе

В природе черная окраска встречается как в животном, так и в растительном мире для различных функций:

  • Камуфляж — черный мех или перья могут сливаться с тенями и темной средой.
  • Сигнализация — некоторые животные используют черные узоры для подачи сигналов. предупреждения хищникам.
  • Поглощение тепла — черные поверхности поглощают тепло солнечного света.
  • Распространение семян/плодов — черные плоды и семена поглощают свет, способствуя прорастанию и росту.

Черный цвет в природе создается различными механизмами, такими как пигменты меланина, микроскопические структурные слои, текстуры поверхности и биомолекулы на основе углерода.

Черный и искусство

Черный цвет всегда был важным цветом в искусстве, передавая такие концепции, как сила, тайна и торжественность. Некоторые художественные применения черного цвета включают:

  • Рисунки и наброски углем
  • Тушь и каллиграфия
  • Масляная или акриловая черная краска
  • Фотографическая черно-белая фотография
  • Гравюры/гравюры с использованием черных чернил
  • Изделия из железа и кузнечные изделия
  • Гончарные изделия и керамические сосуды, окрашенные в черный цвет

Художники могут создавать различные оттенки черного, смешивая пигменты, используя различные виды обработки поверхности или регулируя освещение на черных материалах.

Почему космос выглядит черным

Космос кажется черным по нескольким основным причинам:

  • В пустом пространстве нет источников света, которые могли бы отражать свет.
  • Звезды и галактики очень далеки, поэтому до нас доходит лишь малая часть их света.
  • Газ и пыль поглощают свет, проходящий через космос.
  • Вселенная расширяется, смещая свет в красную область спектра в сторону более низких частот.

Таким образом, хотя космос содержит звезды и галактики, излучающие свет, огромная пустота и расстояния означают, что очень мало света на самом деле достигает наших глаз, в результате чего космос выглядит черным даже в телескоп.

Преимущества черного цвета

В определенных областях применения черный цвет обладает некоторыми полезными свойствами и преимуществами:

  • Поглощение тепла — черные поверхности легко поглощают тепло от солнечного света и таких источников, как огонь или печи.
  • Скрытность — черный цвет затрудняет различение объектов на более темном фоне.
  • Повышенная контрастность — черный фон усиливает контрастность и видимость более ярких цветов, размещенных на нем.
  • Торжественное настроение — черный цвет вызывает чувства торжественности, таинственности или элегантности.
  • Печать читаемость – Черные чернила обеспечивают высокую контрастность печатного текста на белых страницах.

Понимание этих полезных свойств черного материала помогает объяснить их распространенность в приложениях от солнечного отопления до официальной одежды.

Недостатки черного

Существуют также некоторые недостатки или нежелательные эффекты, связанные с черным цветом в определенных ситуациях:

  • Черная одежда может нагреваться на солнце по сравнению с более светлыми цветами.
  • Черная краска может делать пространство меньше из-за поглощения света.
  • Черные объекты сложнее увидеть ночью, чем светоотражающие цвета.
  • Черный цвет создает более серьезное или удручающее настроение в некоторых культурных контекстах.
  • Черные пятна и отметины легче видны на светлых поверхностях.

Хотя черный цвет имеет свои преимущества, эти ограничения стоит учитывать при выборе цветов для одежды, дизайна или потребностей в видимости.

Часто задаваемые вопросы Вопросы

Почему некоторые черные материалы со временем выцветают?

Черные материалы могут выцветать под воздействием солнечного света или химических реакций с течением времени. УФ-лучи солнца могут разрушать черные пигменты, красители или поверхностные покрытия, которые изначально поглощали свет. Химические изменения в молекулярной структуре также могут уменьшить поглощение света. Регулярная чистка и ограничение пребывания на солнце помогают сохранить глубокий черный цвет.

Может ли существовать настоящий черный цвет без какого-либо отражения света?

Материал, который вообще не отражал бы свет, казался бы нашим глазам пустотой, а не имел бы видимого черного цвета. Vantablack близок к этому, отражая всего 0,036% света. Но считается, что истинное 100% поглощение света невозможно для натуральных материалов, так как всегда будет некоторое слабое поверхностное отражение.

Почему у некоторых животных черная кожа, мех или перья?

В природе черная окраска дает животным несколько преимуществ для выживания. Темная пигментация помогает поглощать тепло от солнца в холодном климате. Он обеспечивает камуфляж в темных условиях. Черные узоры могут служить предупреждающими сигналами для отпугивания хищников. Черная пигментация меланина также обеспечивает защиту от ультрафиолетового света.

Связано ли поглощение черного тепла с самим цветом?

Черные поверхности поглощают тепло не из-за черного цвета как такового, а из-за физических свойств, которые позволяют материалу легко принимать и удерживать энергию света по всему электромагнитному спектру, включая инфракрасный. Поглощение тепла определяется микроструктурой, а не видимым цветом.

Почему космическое пространство черное, если звезды излучают свет?

В то время как звезды излучают видимый свет, само пространство в основном пусто, поэтому нет фоновой поверхности, которая могла бы отражать этот свет для наших глаз. Крошечная часть звездного света, которая достигает нас, теряется на фоне огромной темноты. Космическая пыль и расширение Вселенной также ограничивают наблюдаемый свет.

Вывод

Подводя итог, черный цвет — это визуальное восприятие объектов, поглощающих большинство длин волн видимого света. Различные материалы кажутся черными из-за пигментов, красителей, микроструктур, внутренних отражений и свойств поверхности, которые препятствуют отражению света. Понимание механизмов, лежащих в основе черного цвета, позволяет нам использовать его полезные свойства в приложениях от одежды до промышленных покрытий.