Ювелирное обозрение

Окружающий нас мир всегда полон разнообразнейших красок. Как же возникает это цветовое богатство? Почему каждое вещество окрашено в свой цвет? Изумрудная зелень лугов, золотистые цветы одуванчиков, яркое оперение птиц, крылья бабочек, рисунки и иллюстрации – все это создается особенностями взаимодействия света с веществом и цветовым зрением человека. Окружающие нас предметы, будучи освещенными одним и тем же белым солнечным светом, представляются нашему взору различно окрашенными.

Падая на освещаемый предмет, волна обычно разделяется на три части: одна часть отражается от поверхности предмета и рассеивается в пространстве, другая часть поглощается веществом, и третья проходит сквозь него.

Если отраженная и прошедшая компоненты отсутствуют, то есть вещество поглощает упавшее на него излучение, то глаз наблюдателя ничего не воспримет, и рассматриваемое вещество будет выглядеть черным. При отсутствии прошедшей компоненты оно будет непрозрачным. Ясно, что в этом случае окраска вещества определяется балансом между поглощением и отражением падающих на него лучей. Скажем, синий василек поглощает красные и желтые лучи, а синие отражает – этим и обусловлен его цвет. Цветы подсолнуха желтые, это значит, что из всего диапазона волн они отражают в основном волны желтой части спектра, а остальные поглощают.

Верхняя часть яблока, изображенного на рис. 4.16, имеет красный цвет. Это означает, что она отражает волны, соответствующие длине волны красной части спектра. Нижняя часть яблока не освещена, и потому поверхность его кажется черной. А вот яблоко на рис. 4.17, освещенное светом с тем же спектральным составом, отражает зеленую часть спектра, поэтому мы видим его зеленым.

Таким образом, наблюдаемый нами цвет того или иного вещества определяется длинами волн, которые попадают к нам в глаз после взаимодействия света с веществом. Если это преимущественно синие лучи, то и вещество будет казаться нам синим, если же желтые – то желтым, то есть ощущение цвета создается при условии преобладания в отраженном свете волн определённой длины. Но если в отраженном свете присутствуют все длины волн видимого диапазона, и интенсивность всех волн одинаковая, то цвет воспринимается как белый.

Таким образом, если мы говорим, что объект имеет какой-то цвет, это значит, что поверхность этого объекта имеет свойство отражать волны определённой длины, и отражённый свет воспринимается как цвет объекта. Если объект полностью поглощает падающий свет, он будет казаться нам чёрным, а если отражает все падающие лучи – белым. Правда, последнее утверждение будет верным только в том случае, если падающий свет будет белым. Если же падающий свет приобретает какой-то оттенок, то и отражающая поверхность будет иметь такой же оттенок. Это можно наблюдать на закатном солнце, которое делает всё вокруг багровым (рис. 4.18), или в сумеречный зимний вечер, когда снег кажется синим (рис. 4.19).

А как изменится цвет вещества, если заменить солнечное излучение, например, на излучение обычной электрической лампочки?

В спектре лампы накаливания по сравнению с солнечным спектром заметно больше доля желтых и красных лучей. Поэтому и в отраженном свете возрастет их доля по сравнению с тем, что получается при солнечном свете. Значит, освещаемые лампочкой предметы будут выглядеть «желтее», чем при солнечном освещении. Лист растения станет уже желто-зеленым, а синий василек – сине-зеленым или даже совсем зеленым.

Таким образом, понятие «цвет вещества» не является абсолютным, цвет зависит от освещения. Поэтому лишены смысла сообщения о способностях некоторых людей узнавать цвет предмета, помещенного в светонепроницаемую кассету. Понятие цвета в темноте лишено всякого смысла.

Механизм формирования цвета подчиняется вполне конкретным законам, которые открыли сравнительно недавно – около 150 лет назад. Дисперсия света приводит к тому, что, когда белый свет проходит через призму, он разлагается на семь основных спектральных цветов – красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, голубой, синий. И наоборот, если смешать цвета спектра, получится луч белого света. Cемь основных спектральных цветов и составляют тот довольно узкий диапазон электромагнитных волн (примерно от 400 до 700 нанометров), которые способен улавливать наш глаз, но и этих трехсот нанометров оказывается достаточно для того, чтобы породить цветовое многообразие окружающего нас мира.

Содержание статьи

• Какой цвет поглощает все цвета
• Почему небо меняет цвет?
• Какие цвета лучше всего использовать для наружной рекламы?

Физика цвета

Сам факт существования черного цвета объясняется электромагнитной теорией дисперсии, сформулированной еще в конце позапрошлого века. Согласно этой теории, окраска тех или иных предметов напрямую зависит от соотношения частоты колебаний молекул объекта и световой волны, попадающей на его поверхность. Если частоты совпадают – наблюдается резкое повышение амплитуды колебаний, энергия поглощается. Так, например, красный лист бумаги или любой другой непрозрачный предмет имеет такую окраску целиком из-за того, что лишь один свет оказался в числе отраженных, остальные же были успешно поглощены и совпали с резонансными частотами колебаний электронов.

Поглощая практически весь падающий на него свет, видимую часть спектра, черный цвет отражает весьма незначительную долю энергии и уходит в так называемый нагрев.

«Абсолютно черным» телом в физике называют тело, которое способно поглотить все падающее излучение. Если же предмет отражает все падающее на него излучение, человеческий глаз будет воспринимать его белым. В жизни наиболее черным веществом, способным поглотить примерно 99 процентов падающего света, является обыкновенная сажа.

Известная всем черная дыра, например, является предметом сверхсильного притяжения, в которую попадают и объекты, и фотоны света.

Мистика цвета

Немудрено, что черный цвет издревле считался символом траура, разрушения, смерти, хаоса. Но не все так страшно, как может представиться сначала, ведь черный одновременно несет в себе некую мистику, таинство, аристократизм, притягательность.
Считается, что с психологической точки зрения, черный цвет является как символом печали, горя и одиночества, так и несет в себе некий анархизм, борьбу, неповиновение судьбе.

Если рассматривать черный цвет со стороны приложения к нашей обыденной жизни, необходимо помнить о том, что, благодаря своим физическим особенностям, черный цвет уменьшает интерьерные пространства. Именно поэтому его не рекомендуют использовать для комнат с небольшой площадью и окраски потолков, но одновременно широко применяют в модной индустрии, ведь каждой даме известно, что черное платье или юбка способны скрасить изъяны фигуры и сделать ее более стройной и привлекательной. Предметы черного цвета быстро нагреваются, это необходимо помнить, выбирая оттенок будущего автомобиля или гардероб на предстоящее лето.

Возможность разложения света была впервые обнаружена Исааком Ньютоном. Узкий луч света, пропущенный им через стеклянную призму, преломился и образовал на стене разноцветную полоску — спектр.

По цветовым признакам спектр можно разделить на две части. В одну часть входят красные, оранжевые, желтые и желто-зеленые цвета, в другую — зеленые, голубые, синие и фиолетовые.

Длина волн лучей видимого спектра различна — от 380 до 760 ммк. За пределами видимой части спектра располагается невидимая его часть. Участки спектра с длиной волны более 780 ммк называются инфракрасными, или тепловыми. Они легко обнаруживаются термометром, установленным на этом участке спектра. Участки спектра с длиной волны менее 380 ммк называются ультрафиолетовыми (рис. 1—см. приложение). Эти лучи активны и отрицательно влияют на светопрочность некоторых пигментов и устойчивость лакокрасочных пленок.

Рис. 1. Спектральное разложение цветового луча

Световые лучи, исходящие от разных источников света, имеют неодинаковый спектральный состав и поэтому значительно отличаются по цвету. Свет обычной электрической лампочки желтее солнечного света, а свет стеариновой или парафиновой свечи или керосиновой лампы желтее света электрической лампочки. Объясняется это тем, что в спектре луча дневного света преобладают волны, соответствующие синему цвету, а в спектре луча от электрической лампочки с вольфрамовой и особенно с угольной нитью — красные и оранжевые цветовые волны. Поэтому один и тот же предмет может принимать различную окраску в зависимости от того, каким источником света он освещен.

Вследствие этого и окраска комнаты и предметов, находящихся в ней, принимают при естественном и искусственном освещении различные цветовые оттенки. Поэтому, подбирая красочные составы для окраски, необходимо учитывать условия освещения во время эксплуатации.

Цвет каждого предмета зависит от его физических свойств, то есть способности отражать, поглощать или пропускать лучи света. Поэтому лучи света, падающие на поверхность, делятся на отраженные, поглощенные и пропущенные.

Тела, почти полностью отражающие или поглощающие лучи света, воспринимаются как непрозрачные.

Тела, пропускающие значительное количество света, воспринимаются как прозрачные (стекло).

Если поверхность или тело отражают или пропускают в одинаковой степени все лучи видимой части спектра, то такое отражение или проникание светового потока называется неизбирательным.

Так, предмет кажется черным, если он поглощает в равной степени почти все лучи спектра, и белым, если он их полностью отражает.

Если смотреть на предметы через бесцветное стекло, мы увидим их настоящий цвет. Следовательно, бесцветное стекло почти полностью пропускает все цветовые лучи спектра, кроме незначительного количества отраженного и поглощенного света, также состоящего из всех цветовых лучей спектра.

Если же заменить бесцветное стекло синим, то все предметы за стеклом покажутся синими, так как синее стекло пропускает в основном синие лучи спектра, а лучи остальных цветов почти полностью поглощает.

Цвет непрозрачного предмета также зависит от отражения и поглощения им волн различного спектрального состава. Так, предмет кажется синим, если он отражает только синие лучи, а все остальные поглощает. Если предмет отражает красные и поглощает все остальные лучи спектра, он кажется красным.

Такое проникание цветовых лучей и поглощение их предметами называется избирательным.

Ахроматические и хроматические цветовые тона. Существующие в природе цвета по цветовым свойствам можно разделить на две группы: ахроматические, или бесцветные, и хроматические, или цветные.

К ахроматическим цветовым тонам относятся белый, черный и ряд промежуточных серых цветов.

Группа хроматических цветовых тонов состоит из красных, оранжевых, желтых, зеленых, синих, фиолетовых и бесчисленного множества промежуточных цветов.

Луч света от предметов, окрашенных в ахроматические цвета, отражается, не претерпев каких-либо заметных изменений. Поэтому эти цвета воспринимаются нами только как белые или черные с целым рядом промежуточных серых оттенков.

Цвет в этом случае зависит исключительно от способности тела поглощать или отражать все лучи спектра. Чем большее количество света отражает предмет, тем он кажется белее. Чем большее количество света предмет поглощает, тем он кажется чернее.

В природе не существует материала, отражающего или поглощающего 100% падающего на него света, поэтому нет ни идеально белого, ни идеально черного цвета. Самый белый цвет имеет порошок химически чистого сернокислого бария, спрессованный в плитку, который отражает 94% падающего на него света. Цинковые белила несколько темнее сернокислого бария, еще темнее свинцовые белила, гипс, литопонные белила, писчая бумага высшего сорта, мел и т. д. Наиболее темной является поверхность черного бархата, отражающая около 0,2% света. Таким образом, можно сделать вывод, что ахроматические цвета отличаются друг от друга только светлотой.

Человеческий глаз различает около 300 оттенков ахроматических цветов.

Хроматические цвета обладают тремя свойствами: цветовым тоном, светлотой и насыщенностью цвета.

Цветовым тоном называется свойство цвета, которое позволяет глазу человека воспринимать и определять красный, желтый, синий и другие спектральные цвета. Цветовых тонов значительно больше, чем названий для них. Основным, естественным рядом цветовых тонов является солнечный спектр, в котором цветовые тона располагаются так, что постепенно и непрерывно переходят один в другой; красный через оранжевый переходит в желтый, далее через светло-зеленый и темно-зеленый — в голубой, затем в синий и, наконец, в фиолетовый.

Светлота — это способность цветной поверхности отражать большее или меньшее количество падающих лучей света. При большем отражении света цвет поверхности кажется светлее, при меньшем — темнее. Это свойство— общее для всех цветов как хроматических, так и ахроматических, поэтому по светлоте можно сравнивать любые цвета. К хроматическому цвету любой светлоты легко подобрать подобный ему по светлоте ахроматический цвет.

Для практических целей при определении светлоты пользуются так называемой серой шкалой, которая состоит из набора выкрасок 1 ахроматических цветов, постепенно переходящих от наиболее черного, темно-серого, серого и светло-серого к почти белому. Эти выкраски наклеены между отверстиями в картоне, против каждой выкраски обозначен коэффициент отражения данного цвета. Шкалу накладывают на исследуемую поверхность и, сопоставляя ее с выкраской, просматриваемой через отверстия шкалы, определяют светлоту.

Насыщенностью хроматического цвета называют способность его сохранять свой цветовой тон при введении в его состав различных количеств серого ахроматического цвета, равного ему по светлоте.

Насыщенность различных цветовых тонов не одинакова. Если какой-либо спектральный цвет, допустим желтый, смешать со светло-серым, равным ему по светлоте, то насыщенность цветового тона несколько уменьшится, он станет бледнее, или менее насыщенным. Добавляя и дальше к желтому цвету светло-серый, мы будем получать все менее насыщенные тона, причем при большом количестве серого цвета желтый оттенок станет едва заметным.

Если понадобится получить менее насыщенный синий цвет, нужно будет ввести большее количество серого цвета, равного по светлоте синему, чем в опыте с желтым цветом, так как насыщенность спектрального синего цвета больше, чем спектрального желтого.

Чистотой цветового тона называется изменение яркости цвета под влиянием большего или меньшего количества ахроматического света (от черного до белого). Чистота цветового тона имеет большое значение при выборе цвета для окраски поверхностей.

Смешение цветов. Восприятие цветов, которые мы видим вокруг себя, вызывается действием на глаз сложного цветового потока, состоящего из световых волн различной длины. Но мы не получаем впечатления пестроты и многоцветности, так как глаз обладает свойством смешивать разнообразные цвета.

Для изучения законов смешения цветов пользуются приборами, дающими возможность смешивать цвета в различной пропорции.

С помощью трех проекционных фонарей с лампами достаточной мощности и трех светофильтров — синего, зеленого и красного — можно получить различные смешанные цвета. Для этого перед объективом каждого фонаря устанавливают светофильтры и направляют цветовые пучки на белый экран. При попарном наложении цветовых пучков на один и тот же участок получают три разнообразных цвета: сочетание синего и зеленого дает голубое пятно, зеленого и красного — желтое, красного и синего— пурпурное. Если же направить на один участок все три цветовые пучка так, чтобы они взаимно перекрывались, то при соответствующей регулировке интенсивности световых пучков с помощью диафрагм или серых светофильтров можно получить белое пятно.

Простой прибор для смешивания цветов — вертушка-юла. Два бумажных кружка разного цвета, но одинакового диаметра, разрезанные по радиусу, вставляют один в другой. При этом образуется двухцветный диск, в котором, перемещая взаимное положение кружков, можно изменять величину цветных секторов. Собранный диск надевают на ось вертушки и приводят в движение. От быстрого чередования цвет двух секторов сливается в один, создавая впечатление одноцветного кружка. В лабораторных условиях обычно пользуются вертушкой с электродвигателем, имеющим не менее 2000 об/мин.

С помощью вертушки можно получить смешение нескольких цветовых тонов, совмещая при этом одновременно соответствующее количество разноцветных дисков

Широко применяют пространственное смешение цветов. Близко расположенные друг к другу цвета, рассматриваемые с большого расстояния, как бы сливаются и да ют смешанный цветовой тон.

На принципе пространственного смешения цветов основана мозаичная монументальная живопись, в которой рисунок набран из отдельных мелких частиц разноцветных минералов или стекла, дающих на расстоянии смешанные цвета. На этом же принципе построено применение при отделочных работах накатывания разноцветных рисунков по цветному фону и т. д.

Перечисленные способы смешения цветов являются оптическими, так как цвета складываются или сливаются в один суммарный цвет на сетчатке нашего глаза. Этот вид смешения цветов называется слагательным, или аддитивным.

Но не всегда при смешении двух хроматических цветов получается смешанный хроматический цвет. В отдельных случаях, если один из хроматических цветов дополнить специально подобранным к нему другим хроматическим цветом и смешать их в строго определенной пропорции, может получиться ахроматический цвет. При этом если были использованы хроматические цвета, близкие по чистоте цветового тона к спектральным, получится белый или светло-серый цвет. Если пропорциональность при смешении нарушена, цветовой тон окажется того цвета, которого было взято больше, причем насыщенность тона понизится.

Два хроматических цвета, образующие при смешении в определенной пропорции ахроматический цвет, называются взаимнодополнительными. Смешение взаимнодополнительных цветов никогда не может дать нового цветового тона. В природе существует множество пар взаимнодополнительных цветов, но для практических целей из основных пар взаимнодополнительных цветов создают цветовой круг из восьми цветов, в котором взаимнодополнительные цвета размещают на противоположных концах одного диаметра (рис. 2 — см. приложение).

Рис. 2. Цветовой круг взаимнодополнительных цветов: 1 — большой интервал, 2 — средний интервал, 3 — малый интервал

В этом круге взаимнодополнительный цвет к красному— голубовато-зеленый, к оранжевому — голубой, к желтому — синий, к желто-зеленому — фиолетовый. В любой паре взаимнодополнительных цветов один всегда принадлежит к группе теплых, другой — к группе холодных тонов.

Помимо слагательного смешения, существует вычитательное смешение цветов, которое состоит в механическом смешении красок непосредственно на палитре, красочных составов в емкостях или же нанесении двух красочных прозрачных слоев друг на друга (лессировка).

При механическом смешении красок получается не оптическое сложение цветных лучей на сетчатке глаза, а вычитание из белого луча, освещающего нашу цветную смесь, тех лучей, которые поглощаются цветными частицами красок. Так, например, при освещении белым лучом света предмета, окрашенного цветной смесью пигментов синего и желтого цвета (берлинская лазурь и желтый кадмий), синие частицы берлинской лазури поглотят красные, оранжевые и желтые лучи, а желтые частицы кадмия — фиолетовые, синие и голубые лучи. Непоглощенными останутся зеленые и близкие к ним голубовато-зеленые и желто-зеленые лучи, которые, отразившись от предмета, и будут восприняты сетчаткой нашего глаза.

Примером вычитательного смешения цветов может служить луч света, пропущенный через три стекла — желтого, голубого и пурпурного цветов, которые поставлены одно за другим и направлены на белый экран. В местах перекрытия двух стекол — пурпурного и желтого — получится красное пятно, желтого и голубого — зеленое, голубого и пурпурного — синее. В местах одновременного перекрытия трех цветов появится черное пятно.

Количественная оценка цвета. Для цветового тона, чистоты цвета и отражения цветом света установлены количественные оценки.

Цветовой тон, обозначаемый греческой буквой X , определяется длиной его волны и лежит в пределах от 380 до 780 ммк.

Степень разбавления спектрального цвета, или чистота цвета, обозначается буквой Р. Чистый спектральный цвет имеет чистоту, равную единице. Чистота разбавленных цветов меньше единицы. Например, светло-оранжевый цвет определяется такими цифровыми характеристиками:

В 1931 году Международная комиссия рассмотрела и утвердила систему графического определения цвета, действующую и в настоящее время. Эта система построена в прямоугольных координатах на основе трех основных цветов — красного, зеленого и синего.

На рис. 3, а представлен Международный цветовой график, на котором нанесена кривая спектральных цветов с длиной волны λ = 400—700 ммк. В середине расположен белый цвет. Помимо основной кривой, на графике нанесены девять дополнительных кривых, определяющих чистоту каждого спектрального цвета, которая устанавливается проведением прямой от чистого спектрального цвета к белому. Дополнительные кривые линии имеютцифровые обозначения, по которым определяется чистота цвета. Первая кривая, расположенная у белого цвета, имеет цифровое обозначение 10. Это значит, что чистота спектрального цвета равна 10%. Последняя дополнительная кривая имеет цифровое обозначение 90, значит, чистота спектральных цветов, расположенных на этой кривой, равна 90%.

На графике размещены и пурпурные цвета, отсутствующие в спектре, которые являются результатом смешения спектральных фиолетового и красного цветов. Они имеют длину волны с цифровыми обозначениями, имеющими штрих.

Для определения цвета, цифровая характеристика которого известна (например, λ = 592 ммк, P = 48%), находим на кривой графика цвет, имеющий длину волны λ = 592 ммк, проводим прямую от найденной точки на кривой к точке Е, и в месте пересечения прямой с дополнительной кривой, имеющей отметку 48, ставим точку, которая и определяет цвет, имеющий данные цифровые обозначения.

Если нам известны значения коэффициентов по осям Xи У, например по оси X0,3 и У 0,4, находим по оси абсцисс значение K = 0,3, а по оси ординат — K = 0,4. Устанавливаем, что указанным значениям коэффициентов соответствует холодный зеленый цвет с длиной волны λ = 520 ммк и чистотой цвета P = 30%.

С помощью графика возможно определение и взаимнодополнительных цветов, которые располагаются на прямой, пересекающей весь график и проходящей через точку Е. Допустим, необходимо определить дополнительный цвет к оранжевому с длиной волны λ=600 ммк. Проводя прямую от данной точки на кривой через точку Е, пересечем кривую с противоположной стороны. Место пересечения окажется на отметке 490, которая обозначает темно-голубой цвет с длиной волны λ = 490 ммк.

На рис. 3, а (см. приложение) представлен тот же график, что и на рис. 3, но выполненный в цвете.

Рис. 3 Международный цветовой график (черно-белый)

Рис. 3. Международный цветовой график (цветной)

Третья количественная оценка цвета — коэффициент отражения цветом света, который условно обозначается греческой буквой ρ. Он всегда меньше единицы Коэффициенты отражения окрашенных или облицованных различными материалами поверхностей оказывают огромное влияние на освещенность помещений и всегда принимаются во внимание при проектировании отделки зданий различного назначения. Следует учитывать, что с увеличением чистоты цвета коэффициент отражения уменьшается и, наоборот, с потерей цветом чистоты и приближением его к белому коэффициент отражения увеличивается. Коэффициент отражения света поверхностями и материалами зависит от их цвета:

Поверхности, окрашенные в цвета (ρ, %):

Поверхности, облицованные (ρ, %)