Цвет или оттенок света определяется его длиной волны. Свет является частью электромагнитного спектра, который включает радиоволны, микроволны, инфракрасное излучение, видимый свет, ультрафиолетовые лучи, рентгеновские лучи и гамма-лучи. Из них видимый свет составляет очень небольшой диапазон от приблизительно 380 до 750 нанометров. Конкретная длина волны света определяет, какой цвет воспринимают наши глаза.
Электромагнитный спектр — это диапазон всех возможных частот электромагнитного излучения. Электромагнитное излучение — это энергия, которая перемещается и распространяется по мере своего движения. Электромагнитный спектр простирается от очень длинных радиоволн до очень коротких гамма-лучей. Он охватывает все частоты электромагнитной энергии от частот ниже радиоволн до частот выше гамма-лучей. Излучение с частотами выше электромагнитного спектра называется ионизирующим излучением, потому что у него достаточно энергии, чтобы ионизировать атомы и молекулы и разрывать химические связи.
Электромагнитные волны в электромагнитном спектре различаются по размеру от очень длинных радиоволн размером со здание до очень коротких гамма-лучей, меньших, чем размер ядра атома. В общем, гамма-лучи имеют самую высокую частоту и энергию, а радиоволны имеют самую низкую частоту и энергию. От самой высокой к самой низкой частоте и энергии волны электромагнитного спектра следующие:
Единственные электромагнитные волны, которые мы можем видеть, — это видимые световые волны. Человеческий глаз может обнаружить только длины волн, соответствующие цветам радуги. Все остальные длины волн невидимы для человеческого глаза.
Все электромагнитные волны обладают одинаковыми основными свойствами и распространяются в пространстве со скоростью света. Различия между различными типами электромагнитных волн обусловлены энергией и частотой, которыми они обладают. Энергия электромагнитной волны напрямую связана с ее частотой и обратно пропорциональна ее длине волны. Другими словами, высокочастотные электромагнитные волны имеют высокую энергию и короткие длины волн. Низкочастотные волны имеют низкую энергию и длинные длины волн.
Некоторые ключевые свойства электромагнитных волн:
Как упоминалось ранее, видимый свет — это очень маленькая часть электромагнитного спектра, которую могут обнаружить человеческие глаза. Видимый свет имеет длину волны приблизительно от 380 нанометров до 750 нанометров. Нанометр — это одна миллиардная метра. Другие длины волн электромагнитного излучения за пределами этого узкого диапазона видимого света невидимы для человека. К ним относятся радиоволны, микроволны, инфракрасное излучение, ультрафиолетовые лучи, рентгеновские лучи и гамма-лучи.
Цвет видимого света зависит от его длины волны. Более короткие волны имеют голубоватый оттенок, а более длинные — красноватый. Видимый спектр света можно запомнить с помощью распространенной мнемоники ROYGBIV:
Итак, вкратце, красный свет с самой длинной длиной волны находится на одном конце видимого спектра, в то время как фиолетовый свет с самой короткой длиной волны находится на другом конце. Другие цвета попадают между ними на различных длинах волн. Этот диапазон длин волн, которые человеческий глаз воспринимает как цвет, довольно узок по сравнению со всем электромагнитным спектром.
Длина волны и частота неразрывно связаны друг с другом. Длина волны измеряется в расстоянии, например, в метрах, в то время как частота измеряется в событиях с течением времени, например, в герцах или циклах в секунду. Чем выше частота волны, тем короче длина волны. Чем короче длина волны, тем выше частота.
Длина волны (?) электромагнитной волны связана с ее частотой (f) и скоростью света (c) уравнением:
c = ?f
Где c — константа (скорость света = 300 000 000 м/с). Поэтому, если вам известны любые два значения, вы можете вычислить третье с помощью этого уравнения. Например, красный свет с длиной волны 700 нм имеет частоту 428 ТГц (428 000 000 000 Гц). Свет с более высокой частотой имеет более короткую соответствующую длину волны.
Различные длины волн света не только связаны с цветом, но и соответствуют переносимой энергии. Световая энергия переносится дискретными пакетами, называемыми фотонами. Фотоны несут уровни энергии, пропорциональные частоте излучения. Высокочастотные фотоны имеют более высокую энергию, в то время как низкочастотные фотоны имеют более низкую энергию. Это приводит к тому, что высокочастотный ультрафиолетовый свет способен повреждать ДНК, в то время как низкочастотные радиоволны имеют очень низкую энергию и безвредно проходят через наши тела.
Энергию фотона можно рассчитать с помощью соотношения Планка-Эйнштейна:
E = hf
Где E — энергия фотона, h — постоянная Планка, а f — частота излучения.
Следовательно, зная частоту или длину волны электромагнитного излучения, вы можете вывести другие свойства, такие как энергия. Это демонстрирует внутреннюю связь между свойствами света по всему электромагнитному спектру.
Человеческий глаз содержит рецепторные клетки, называемые колбочками, которые реагируют на различные длины волн света. Существует три типа колбочек:
Эти колбочки посылают сигналы в мозг в зависимости от того, насколько сильно они стимулируются входящим светом. Мозг интерпретирует эти сигналы как цвет. Например, красный свет сильно стимулирует L-колбочки, но только слабо стимулирует S- и M-колбочки. Мозг интерпретирует эту входную комбинацию от колбочек как красный цвет.
Видимый спектр света, который стимулирует три типа колбочек в разной степени, отвечает за все цвета, которые мы видим. Итак, вкратце, цвет — это наше визуальное восприятие различных длин волн видимого света.
Помимо длины волны, частоты и энергии, свет можно охарактеризовать и другими свойствами, включая:
Итак, вкратце, свет можно охарактеризовать многими свойствами, но наиболее фундаментальным, определяющим цвет, является длина волны.
В заключение следует сказать, что длина волны определяет цвет или оттенок видимого света. Свет является частью электромагнитного спектра, который простирается от длинных радиоволн до коротких гамма-лучей. Из этого спектра люди могут видеть только видимый свет с длиной волны 380–750 нанометров. Более короткие длины волн воспринимаются как фиолетовый и синий, в то время как более длинные кажутся красными. Частота неразрывно связана с длиной волны, причем свет с более высокой частотой имеет более короткую соответствующую длину волны. Помимо цвета, длина волны также определяет другие свойства света, такие как энергия. Различные длины волн по-разному стимулируют колбочки глаз, что мозг интерпретирует как цвет. Итак, суть в том, что длина волны в основном определяет цвет или оттенок видимого света.
| Цвет | Диапазон длин волн |
|---|---|
| Красный | ~700 нм |
| Оранжевый | ~620-580 нм |
| Жёлтый | ~580-550 нм |
| Зелёный | ~550-495 нм |
| Синий | ~495-450 нм |
| Индиго | ~450-425 нм |
| Фиолетовый | ~425-400 нм |