Почему мы видим предметы. Пособие по физике. Отражение света

Экология жизни: Зафиксируйте взгляд на строчке текста и не двигайте глазами. При этом попытайтесь переключить внимание на строчку ниже. Потом еще на одну. И еще. Через полминуты вы почувствуете, что в глазах как будто помутнело: четко видно только несколько слов, на которых сфокусированы ваши глаза, а все остальное размыто. На самом деле именно так мы видим мир. Всегда. И при этом думаем, что видим все кристально четко.

Зафиксируйте взгляд на строчке текста и не двигайте глазами. При этом попытайтесь переключить внимание на строчку ниже. Потом еще на одну. И еще. Через полминуты вы почувствуете, что в глазах как будто помутнело: четко видно только несколько слов, на которых сфокусированы ваши глаза, а все остальное размыто. На самом деле именно так мы видим мир. Всегда. И при этом думаем, что видим все кристально четко.

У нас на сетчатке есть маленькая-маленькая точка, в которой чувствительных клеток - палочек и колбочек - достаточно, чтобы все было нормально видно. Эта точка называется «центральной ямкой». Центральная ямка обеспечивает угол обзора примерно в три градуса - на практике это соответствует величине ногтя большого пальца на вытянутой руке.

На всей остальной поверхности сетчатки чувствительных клеток гораздо меньше - достаточно, чтобы различить смутные очертания предметов, но не более. Есть в сетчатке дырка, которая не видит вообще ничего, - «слепое пятно», точка, где к глазу подсоединяется нерв. Ее вы, само собой, не замечаете. Если этого мало, то напомню, что вы еще и моргаете, то есть отключаете зрение раз в несколько секунд. На что тоже не обращаете внимания. Хотя теперь обращаете. И вам это мешает.

Как мы вообще что-то видим? Ответ вроде как очевидный: мы очень быстро двигаем глазами, в среднем от трёх до четырёх раз в секунду. Эти резкие синхронные движения глаз называются «саккадами». Их мы тоже, кстати, обычно не замечаем, и это хорошо: как вы уже догадались, во время саккады зрение не работает. Зато с помощью саккад мы постоянно меняем картинку в центральной ямке - и в итоге покрываем все поле зрения.

Мир через соломинку

Но если задуматься, то объяснение это никуда не годится. Возьмите в кулак коктейльную соломинку, приставьте к глазу и попробуйте так посмотреть фильм - я уж не говорю о том, чтобы выйти погулять. Как, нормально видно? Вот это и есть ваши три градуса обзора. Шевелите соломинкой сколько угодно - нормального зрения не получится.

В общем, вопрос нетривиальный. Как получается, что мы всё видим, если мы ничего не видим? Вариантов несколько. Первый: мы таки ничего не видим - у нас просто есть ощущение, что мы все видим. Чтобы проверить, не обманчиво ли это впечатление, мы сдвигаем глаза так, что центральная ямка оказывается направлена ровно на ту точку, которую мы проверяем.

И думаем: ну вот, все же видно! И слева (вжик глазами влево), и справа (вжик вправо). Это как с холодильником: если исходить из наших собственных ощущений, то там всегда горит свет.

Второй вариант: мы видим не поступающее с сетчатки изображение, а совсем другое - то, которое выстраивает за нас мозг. То есть мозг елозит соломинкой туда-сюда, прилежно составляет из этого единую картинку - и вот ее мы уже воспринимаем как окружающую реальность. Иными словами, мы видим не глазами, а корой головного мозга.

Оба варианта сходятся в одном: единственный способ что-то увидеть - сдвинуть глаза. Но есть одна проблема. Эксперименты показывают, что мы различаем объекты с феноменальной скоростью - быстрее, чем успевают среагировать глазодвигательные мышцы. Причем сами мы этого не понимаем. Нам кажется, что мы уже сдвинули глаза и увидели объект четко, - хотя на самом деле мы только собираемся это сделать. Выходит, мозг не просто анализирует картинку, принятую с помощью зрения, - он ее еще и предсказывает.

Невыносимо тёмные полоски

Немецкие психологи Арвид Хервиг и Вернер Шнайдер провели эксперимент: добровольцам фиксировали голову и специальными камерами записывали движения их глаз. Подопытные смотрели в пустой центр экрана. Сбоку - в боковом поле зрения - на экран выводился полосатый кружок, на который добровольцы тут же переводили взгляд.

Тут психологи проделывали хитрый трюк. Во время саккады зрение не работает - человек на несколько миллисекунд становится слепым. Камеры улавливали, что подопытный начал сдвигать глаза в сторону круга, и в этот момент компьютер подменял полосатый кружок другим, который отличался от первого количеством полосок. Участники эксперимента подмены не замечали.

Получалось следующее: в боковом зрении добровольцам показывали круг с тремя полосками, а в сфокусированном или центральном полосок оказывалось, например, четыре.

Таким образом добровольцев обучали ассоциировать смутный (боковой) образ одной фигуры с четким (центральным) образом другой фигуры. Операцию повторяли 240 раз в течение получаса.

После обучения начинался экзамен. Голову и взгляд снова фиксировали, в боковом поле зрения снова выводили полосатый кружок. Но теперь, как только доброволец начинал двигать глазами, кружок исчезал. Через секунду на экране появлялся новый кружок со случайным количеством полосок.

Участников эксперимента просили клавишами отрегулировать количество полосок так, чтобы получилась та фигура, которую они только что видели боковым зрением.

Добровольцы из контрольной группы, которым на стадии обучения показывали одни и те же фигуры в боковом и центральном зрении, определяли «степень полосатости» довольно точно. Но те, которых обучили неправильной ассоциации, видели фигуру иначе. Если при обучении количество полосок увеличивали, то на стадии экзамена подопытные распознавали трехполосные круги как четырехполосные. Если уменьшали - то круги им казались двухполосными.

Иллюзия зрения и иллюзия мира

Что это означает? Наш мозг, как выясняется, постоянно учится ассоциировать внешний вид объекта в боковом зрении с тем, как этот объект выглядит, когда мы переводим на него взгляд. И в дальнейшем использует эти ассоциации для предсказаний. Этим и объясняется феномен нашего зрительного восприятия: мы узнаем предметы еще до того, как, строго говоря, их разглядим, поскольку наш мозг анализирует размытую картинку и вспоминает на основании предыдущего опыта, как эта картинка выглядит после фокусировки. Делает он это настолько быстро, что у нас создается впечатление четкого зрения. Это ощущение - иллюзия.

Удивительно еще и то, насколько эффективно мозг учится делать такие предсказания: всего получаса рассогласованных картинок в боковом и центральном зрении хватило, чтобы добровольцы стали неправильно видеть. Учитывая, что в реальной жизни мы двигаем глазами сотни тысяч раз в день, представьте, какие терабайты видео с сетчатки мозг перелопачивает каждый раз, когда вы идете по улице или смотрите кино.

Дело даже не в зрении как таковом - просто это самая яркая иллюстрация того, как мы воспринимаем мир.

Нам кажется, что мы сидим в прозрачном скафандре и всасываем в себя окружающую реальность. На самом деле мы с ней вообще не взаимодействуем напрямую. То, что нам кажется отпечатком окружающего мира, на самом деле выстроенная мозгом виртуальная реальность, которая выдается сознанию за чистую монету.

Это Вам будет интересно:

На то, чтобы обработать информацию и выстроить из обработанного материала более-менее целостную картину, мозгу требуется около 80 миллисекунд. Эти 80 миллисекунд - задержка между реальностью и нашим восприятием этой реальности.

Мы всегда живём в прошлом - точнее в сказке о прошлом, рассказанной нам нервными клетками. Мы все уверены в правдивости этой сказки - это тоже свойство нашего мозга, и от него никуда не деться. Но если бы каждый из нас хотя бы изредка вспоминал об этих 80 миллисекундах самообмана, то мир, мне кажется, был бы чуть-чуть добрее. опубликовано

Почему желтая картинка, которая изображена сверху, на самом деле не желтая? Кто-то скажет, что за бред? У меня пока еще все в порядке с глазами и монитор вроде бы исправен.

Все дело в том, что как раз таки монитор, с которого вы все и наблюдаете, не воспроизводит желтый цвет вообще. На самом деле, он может демонстрировать только красный-синий-зеленый.

Когда вы в домашних условиях берете в руки спелый лимон, вы видите что он желтый по-настоящему.

Но тот же лимон на экране монитора или телевизора будет изначально поддельного цвета. Оказывается, что обмануть ваш мозг довольно просто.

И получается этот желтый путем скрещивания красного и зеленого, а от естественного желтого здесь нет ничего.

Есть ли цвет на самом деле

Более того, все цвета даже в реальных условиях, когда вы на них смотрите в живую, а не через экран, могут видоизменяться, менять свою насыщенность, оттенки.

Кому-то это покажется невероятным, но главная причина этого в том, что цвЕ та на самом деле не существует.

Большинство такое утверждение озадачивает. Как так, я же вижу книгу и прекрасно понимаю, что она красная, а не синяя или зеленая.

Однако другой человек эту же самую книгу может увидеть совсем по другому, например что она болотистая, а не ярко-красная.

Такие люди страдают протанопией.

Это определенный тип дальтонизма, при котором невозможно правильно различать красные оттенки.

Получается, что если разные люди видят один и тот же цвет по-разному, то дело вовсе не в расцветке предметов. Она то не меняется. Все дело в том, как мы ее воспринимаем.

Как видят животные и насекомые

И если среди людей такое “неправильное” восприятие цвета это отклонение, то вот животные и насекомые изначально видят иначе.

Вот например как видит бутоны цветков обычный человек.

В то же время, пчелы видят его вот так.

Для них не важен цвет, для них самое главное различать типы цветов между собой.

Поэтому каждый тип цветка для них, это какая-то разная посадочная площадка.

Свет – это волна

Важно изначально понимать, что любой свет это волны. То есть, у света такая же природа, как и у радиоволн или даже микроволн, которые используются для приготовления пищи.

Разница между ними и светом в том, что наши глаза могут видеть только определенную часть спектра электроволнового излучения. Она так и называется – видимая часть.

Эта часть начинается от фиолетового и заканчивается красным. После красного идет инфракрасный свет. До видимого спектра стоит ультрафиолет.

Мы его также не видим, но зато вполне себе можем почувствовать его присутствие, когда загораем на солнце.

Всем нам привычный солнечный свет содержит в себе волны всех частот, как видимые человеческим глазом, так и нет.

Впервые эту особенность обнаружил Исаак Ньютон, когда захотел буквально расщепить отдельно взятый пучок света. Его эксперимент можно повторить и в домашних условиях.

Для этого вам понадобятся:

• прозрачная пластина, с наклеенными двумя полосками черной ленты и узкой щелью между ними

Для проведения опыта включаете фонарик, пропускаете луч через узкую щель на пластине. Далее он проходит сквозь призму и попадает уже в разложенном состоянии в виде радуги на заднюю стенку.

Как же мы видим цвет, если это просто волны?

На самом деле мы не видим волны, мы видим их отражение от предметов.

Для примера возьмите белый шарик. Для любого человека он является белым, потому что от него отражаются волны сразу всех частот.

Если же взять цветной предмет и посветить на него, то здесь отразится только часть спектра. Какая именно? Как раз та, которая соответствует его цвету.

Поэтому запомните – вы видите не цвет предмета, а волну определенной длины, которая отразилась от него.

Почему вы видите ее, если светили условно белым? Потому что, белый солнечный свет изначально содержит все цвета уже внутри себя.

Как сделать предмет бесцветным

А что будет, если на красный предмет посветить циановым цветом, или на синий – желтым? То есть, заведомо светить той волной, которая не будет отражаться от предмета. А будет ровным счетом ничего.

1 of 2

То есть, ничего не отразится и предмет останется либо бесцветным, либо вообще станет черным.

Подобный эксперимент можно легко провести в домашних условиях. Вам понадобится желе и лазер. Купите всеми любимые желейные мишки и лазерную указку. Желательно, чтобы цвета ваших мишек были достаточно разными.

Если зеленой указкой посветить на зеленого мишку, то все достаточно хорошо сочетается и отражается.

Желтый довольно близок к зеленому, поэтому здесь тоже все будет хорошо светиться.

С оранжевым будет немного хуже, хотя в нем и есть составляющая часть от желтого.

А вот красный практически потеряет свой первоначальный цвет.

Это говорит от том, что большая часть зеленой волны поглощается предметом. В итоге он теряет свой ”родной” цвет.

Глаза человека и цвет

С волнами разобрались, осталось разобраться с организмом человека. Мы видим цвет, потому что в глазах у нас есть три вида рецепторов, которые воспринимают:

• длинные

• средние

• короткие волны

Так как они идут с достаточно большим нахлестом, то при их перечечении мы получаем все варианты цветов. Предположим мы видим синий предмет. Соответственно здесь работает один рецептор.

А если нам показать зеленый объект, то заработает другой.

Если же цвет голубой, то работают сразу два. Потому что голубой, это одновременно и синий и зеленый.

Важно понимать, что большинство цветов находятся как раз на пересечении зон действия разных рецепторов.

В итоге у нас получается система состоящая из трех элементов:

• предмет, который мы видим

• человек

• свет, который отражается от предмета и попадает в глаза человеку

Если проблема на стороне человека, то это называется дальтонизм.

Когда проблема на стороне предмета, значит дело в материалах или в ошибках, которые были совершены при его изготовлении.

Но существует интересный вопрос, а если все в порядке и с человеком и с предметом, может ли быть проблема со стороны света? Да, может.

Давайте и с этим разберемся поподробнее.

Как предметы меняют свой цвет

Как говорилось выше, человек имеет только три рецептора воспринимающие цвет.

Если мы возьмем такой источник света, который будет состоять только из узких пучков спектра – красного, зеленого и синего, то при подсветке белого шарика он и останется белым.

Может быть, появится небольшой оттенок. Но что же при этом будет с остальными цветами?

А они как раз таки будут очень сильно искажены. И чем более узкой будет часть спектра, тем сильнее будут изменения.

Казалось бы, зачем кому-то специально создавать источник света, который будет плохо передавать цвета? Все дело в деньгах.

Энергосберегающие лампочки придуманы и используются уже довольно давно. И зачастую именно они имеют крайне рваный спектр.

Для эксперимента можете поставить любой светильник перед небольшой белой поверхностью и посмотреть на отражение с нее через CD диск. Если источник света будет хорошим, то вы увидите плавные полные градиенты.

А вот когда перед вами дешевая лампочка, то спектр будет рваным и вы наглядно будете различать блики.

Таким нехитрым способом можно проверять качество лампочек и их заявленные характеристики с реальными.

Главный вывод из всего вышесказанного – качество света, прежде всего влияет на качество цвета.

Если в световом потоке отсутствует или проседает часть волны, ответственная за желтый, то соответственно желтые предметы будут выглядеть неестественным образом.

Как уже упоминалось, солнечный свет содержит в себе частоты всех волн и может отображать все оттенки. Искусственный же свет может иметь рваный спектр.

Зачем же люди создают такие ”плохие” лампочки или светильники? Ответ очень простой – они яркие!

Точнее говоря, чем больше цветов может отображать источник света, тем он тусклее по сравнению с аналогичным при равной потребляемой мощности.

Если речь при этом идет о какой-нибудь ночной автостоянке или автостраде, то вам реально важно, чтобы там в первую очередь было светло. И вас не особо интересует, что машина при этом будет несколько неестественного цвета.

В то же время в домашних условиях, приятно видеть многообразие цветов, что в жилых комнатах, что на кухне.

В картинных галереях, на выставках, в музеях, там где работы стоят тысячи и десятки тысяч долларов, очень важна правильная цветопередача. Здесь на качественное освещение тратятся огромные деньги.

В некоторых случаях, именно оно помогает быстрее продать те или иные картины.

Поэтому специалисты придумали расширенную версию из 6-ти дополнительных цветов. Но и они решают проблему только отчасти.

Очень важно понимать, что данный индекс это некая среднестатистическая оценка по всем цветам одновременно. Допустим, у вас есть источник света, который отображает все 14 цветов одинаково и его CRI=80%.

Такого в жизни не бывает, но предположим что это идеальный вариант.

При этом есть второй источник, который отображает цвета неравномерно. И его индекс также равняется 80%. И это несмотря на то, что красный в его исполнении просто ужасен.

Что же делать в таких ситуациях? Если вы фотограф или видеооператор, старайтесь не снимать в местах, где выставлен дешевый свет. Ну или по крайней мере избегать крупных планов при такой съемке.

Если вы занимаетесь фотосъемкой дома, больше используйте естественный источник освещения и покупайте только дорогие лампочки.

У качественных светильников CRI должен стремиться к 92-95%. Это именно тот уровень, который дает минимальное количество возможных погрешностей.

Предмет и его отражение

То, что отраженный в стоячей воде пейзаж не отличается от реального, а только перевернут “вверх ногами” далеко не так.

Если человек посмотрит поздним вечером, как отражаются в воде светильники или как отражается берег, спускающийся к воде, то отражение покажется ему укороченным и совсем “исчезнет”, если наблюдатель находится высоко над поверхностью воды. Также никогда нельзя увидеть отражение верхушки камня, часть которого погружена в воду.

Пейзаж видится наблюдателю таким, как если бы на него смотрели из точки, находящейся на столько глубже поверхности воды, насколько глаз наблюдателя находится выше поверхности. Разница между пейзажем и его изображением уменьшается по мере приближения глаза к поверхности воды, а так же по мере удаления объекта.

Часто людям кажется, что отражение в пруду кустов и деревьев отличается большей яркостью красок и насыщенностью тонов. Эту особенность также можно заметить, наблюдая отражение предметов в зеркале. Здесь большую роль играет психологическое восприятие, чем физическая сторона явления. Рама зеркала, берега пруда ограничивают небольшой участок пейзажа, ограждая боковое зрение человека от избыточного рассеянного света, поступающего со всего небосвода и ослепляющего наблюдателя, то есть он смотрит на небольшой участок пейзажа как бы через темную узкую трубу. Уменьшение яркости отраженного света по сравнению с прямым облегчает людям наблюдение неба, облаков и других яркоосвещенных предметов, которые при прямом наблюдении оказывается слишком ярким для глаза.

Зеркальное отражение.

Явление отражения света наблюдается на границе раздела двух сред, например воздуха и воды. Если отражающая поверхность гладкая (полированный металл, стекло), то отраженные
лучи будут идти параллельным пучком, если при падении на поверхность они были параллельны (рисунок слева). Такое отражение называют зеркальным. Зеркала могут отражать до 90% света,падающего на них.

Глядя в зеркало прямо перед собой, вы видите как бы своего двойника и различные предметы, которые находятся вокруг и позади вас. При этом вам кажется, что и ваш двойник, и эти предметы находятся перед вами, за зеркалом, хотя их там, разумеется, нет. То, что вы видите в зеркале, - это изображения предметов.

Диффузное отражение.

Отражают свет любые поверхности, не только гладкие. Именно благодаря этому мы видим все тела. Поверхности, которые отражают большую часть светового потока, выглядят светлыми или белыми. Поверхности, которые поглощают большую часть света, выглядят тёмными или черными. Если пучок параллельных световых лучей падает на шершавую поверхность (даже если шероховатости микроскопически малы, как на поверхности листка бумаги) (рисунок справа) свет отражается в различных направлениях, то есть отраженные лучи не будут параллельными, поскольку углы падения лучей на неровности поверхности разные. Такое отражение света называют рассеяным, или диффузным. Закон отражения выполняется и в этом случае, но на каждом маленьком участке поверхности. Из-за диффузного отражения во всех направлениях обычный предмет можно наблюдать под разными углами. Стоит сдвинуть голову в сторону, как из каждой точки предмета в глаз будет попадать другой пучок отраженных лучей. Но если узкий пучок света падает на зеркало, то вы увидите его только в том случае, если глаз занимаетположение, для которого выполняется закон отражения .Этим иобьясняются необычные свойства зеркал. (Используя аналогичные аргументы, Галилей показал, что поверхность Луны должна быть шероховатой, а не зеркально гладкой, как полагали некоторые.)

В се несветящиеся тела, освещаемые каким-нибудь источником, становятся видимыми только благодаря рассеиваемому ими свету. Хорошо отшлифованную поверхность стекла, поверхность спокойной воды трудно увидеть потому, что такие поверхности рассеивают очень мало света. Мы видим в них чёткие изображения окружающих освещенных предметов. Однако стоит только поверхности зеркала покрыться пылью, а поверхности воды зарябить, как они становятся хорошо видимыми.

В разделе на вопрос какова природа цвета? почему мы видим предметы, а воздух - нет? заданный автором шеврон лучший ответ это потому что предметы не пропускают через себя определённый сектр белого цвета это и даёт их цвет который мы видим а воздух пропускает весь спектр белого поэтому мы его и не видим

Ответ от Alexey N. Skvortsov (SPbSPU) [гуру]
Цвет - это _субъективное_ восприятие длины волны видимого цвета (если угодно - энергии фотонов). Так 680 нм выглядит как глубокий красный, а 420 нм - как синий.
Еще ращ подчеркну, что это субъективно. Я, например, по генетике дальтоник и не вижу разницы между тем, что Вы называете светло-сиреневым и светло-салатным.
Наш глаз видит только рассеянный (в том числе - ДИФФУЗНО отраженный) свет. Параллельных световых лучей мы не видим (так мы не видим поверхности чистого зеркала). Чистый воздух рассеивает свет очень слабо (на толще атмосферы это становится заметно и выглядит как голубой цвет неба). По этой причине мы не види лазерный луч, проходящий через воздух. Однако если добавить рассеиватель, например подымить - луч станет видным.
Цвет у предмета или вещества появляется тогда, когда они по разному поглощают или рассеивают излучения оптического диапазона (400-700 нм). Дополнительно: вещество, которое все поглощает, выглядит черным; вещество, которое все рассеивает выглядит белым.

Ответ от Косоворотка [гуру]
Предметы мы видим только те, что ОТРАЖАЮТ свет определенного диапазона. Соответственно воздух НЕ отражает свет, потому для нас он прозрачен.

Чрезвычайно важный вид энергии. Жизнь на земле зависит от энергии солнечного света. Кроме того, свет - это излучение, которое дает нам зрительные ощущения. Лазерное излучение применяется во многих областях - от передачи информации до резки стали.

Мы видим предметы, когда свет от них достигает наших глаз. Эти предметы либо сами излучают свет, либо отражают свет излучаемый другими предметами, либо пропускают eго через себя. Мы видим, например, Солнце и звезды потому, что они излучают свет. Большинство же предметов вокруг нас мы видим благодаря отраженному ими свету. А некоторые материалы, такие, как витражи в окнах соборов, раскрывают богатство своих цветов, пропуская свет через себя.

Яркий солнечный свет кажется нам чисто белым, то есть бесцветным. Но тут мы заблуждаемся, так как белый свет состоит из многих цветов. Они бывают видны, когда лучи солнца освещают дождевые капли и мы наблюдаем радугу. Разноцветная полоса образуйся и тогда когда солнечный свет отражается от скошенного края зеркала или проходит через стеклянное украшение либо сосуд. Эта полоса называется световым спектром. Начинается он с красного цвета и, постепенно меняясь, заканчивается на противоположном конце фиолетовым.

Обычно мы не принимаем во внимание более слабые оттенки цвета и поэтому считаем, что спектр состою всею из семи цветовых полос. Цвета спектра, называемые семью цветами радуги, включают красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый.

Призмы

В 60х годах ХVII столетия Исаак Ньютон про водил эксперименты со светом. Чтобы разложить свет на составляющие и получить спектр он использовал трехгранную стеклянную призму. Ученый обнаружил, что, собрав раздробленный луч с помощью второй призмы, можно опять получить белый свет. Так он доказал что белый свет является смесью разных цветов.

Основными цветами света являются красный, зеленый и синий. Их комбинация образует белый свет. Смешанные парами, они образуют цвета желтый, синий или пурпурный. Пигментными или основными цветами красок являются пурпурный, синий, желтый Их сочетание показано на рисунке.

Проходя через призму световые лучи преломляются. Но лучи разного цвета преломляются в разной степени - красный в наименьшей, фиолетовый в наибольшей. Именно по этому, проходя через призму, белый цвет дробится па составные цвета.

Преломление света называется рефракцией, а разложение белого света на разные цвета -дисперсией. Когда дождевые капли рассеивают солнечный свет, образуется радуга.

Электромагнитные волны

Световой спектр - лишь часть огромного диапазона излучений, который называется электромагнитным спектром. Он включает в себя гамма-, рентгеновское, ультрафиолетовое, инфракрасное (тепловое) излучение и радиоволны. Все виды электромагнитных излучений распространяются в форме волн электрических и магнитных колебаний со скоростью света - около 300 000 км/с. Электромагнитные волны различаются между собой главным образом длиной волны. Определяется она частотой, то есть скоростью, с которой образуются эти волны. Чем выше частота, тем ближе друг к другу они располагаются и тем меньше длина каждой из них. В спектре световые волны занимают место между областями инфракрасного и ультрафиолетового излучения.

Солнце испускает широкий спектр электромагнитных излучений. На шкале даны длины волн в нанометрах (одна миллиардная метра) и более крупных единицах.

Линзы

Изображение в фотоаппаратах и оптических инструментах получают, используя линзы и явление преломления в них световых лучей. Возможно, вы заметили, что в линзах дешевых телескопов, например, вокруг контуров изображения образуется цветная кайма. Происходит это потому что, подобно призме, простая линза, изготовленная из одного куска стекла или пластика, преломляет лучи разного цвета в разной степени. В более качественных приборах этот дефект устраняется путем использования двух линз, соединенных вместе. Первая часть такой составной линзы разлагает белый свет на разные цвета, а вторая опять соединяет их, убирая таким образом ненужную кайму.

Основные цвета

Как показал Ньютон, белый свеч можно получить, смешав семь цветов радуги. По это можно сделать и проще, смешав лишь три цвета -красный, зеленый и синий. Они называются основными цветами света. Другие цвета мы получим, комбинируя основные. Так, например, смесь красного с зеленым дает желтый.

Выпуклая линза фокусирует параллельные лучи. Поскольку белый свет состоит из более чем одного цвета, их лучи преломляются в разной степени и фокусируются на разных расстояниях от линзы. В результате вокруг контуров изображения образуется цветная кайма.

Линзу из двух сортов стекла можно использовать для получения изображений без цветной каймы. Первая часть линзы преломляет лучи разного цвета в разной степени, заставляя их расходиться. Вторая опять собирает их, устраняя цветовые искажения.

Тот факт, что белый свет состоит из нескольких цветов, объясняет, почему мы видим предметы в том или ином цвете. (Для простоты предположим, что белый свет состоит только из красного зеленою и синего). Мы видим предмет белым, если он отражает все три составляющие части белого света, и черным, если он не отражает ни одной из них. Но красный предмет, освещаемый белым светом, видится красным потому, что он отражает главным образом красную составляющую белого цвета и поглощает большинство синих и зеленых составляющих. В результат мы видим в основном красный цвет. Точно так же синий предмет отражает синие лучи, поглощая красные и зеленые. А зеленый предмет отражает зеленые лучи, поглощая красные и синие.

Фасеточные глаза мух состоят из тысяч линз. Каждая фокусирует свет лишь на нескольких светочувствительных клетках, так что муха не может разглядеть все детали объекта. Цветок глазами мухи выглядит как состоящая из тысяч кусочков картинка.

WebProm banner network

Если смешать краски разною цвета, то каждая будет поглощать (вбирать) различные составляющие белого света смесь будет становиться темнее. Таким образом смешивание красок - это процесс противоположный смешиванию цветовых лучей. Чтобы получить определенную гамму цветов надо использовать другой набор основных цветов. Основные цвета используемые в живописи, называются основными пигментными цветами. Это пурпурный цвет или «идеально красный», синий и желтый обычно (но неправильно) называемые красным, синим и желтым. Черный добавляют, чтобы увеличить плотность темных участков, а насыщенная смесь всех основных цветов все же отражает в какой-то степени свет. В результате вместо черного цвета получается темно-коричневый.

Волны и частицы

Как образуются и распространяются световые лучи, веками оставалось полнейшей тайной. И в наши дни это явление не до конца исследовано учеными.

В XVII веке Исаак Ньютон и другие ученые полагали, что свет состоит из быстро движущихся частиц, которые назвали корпускулами. Датский ученый Христиан Гюйгенс yтверждал, что свет состоит из волн

В 1801 г английский ученый Томас Янг произвел ряд опытов с дифракцией света Это явление состоит в том, что при прохождении через очень узкую щель свет слегка рассеивается, а не распространяется по прямой линии. Янг объяснил дифракцию распространением света в форме волн. А в 60-х годах XIX века шотландский ученый Джеймс Кларк Максвелл высказал предположение, что электромагнитная энергия распространяется волнами, и что свет является особым видом этой энергии.

Мираж - это оптический обман, наблюдаемый в жарких пустынях (вверху). Когда Солнце сильно нагревает землю, воздух над ней тоже нагревается. При изменениях температуры на разных высотах, свет в воздухе преломляется, как показано на картинке. Чтобы увидеть верхушку дерева, наблюдателю приходится смотреть вниз, так что дерево кажется перевернутым. Иногда падающий с неба свет выглядит, как разлитые на земле лужи. Слои холодного воздуха над морем может вызвать противоположное явление (внизу). Свет, отраженный от далекого корабля, преломляется так, что корабль кажется парящим в небе.

Однако к началу XX века немецкий ученый Макс Планк в своих работах доказал, что энергия излучения может существовать лишь в виде крошечных сгустков - квантов. Это доказательство лежит в основе квантовой теории Планка, за которую он в 1918 году получил Нобелевскую премию в области физики Квант светового излучения - это частица, называемая фотоном. При излучении или поглощении свет всегда ведет себя как поток фотонов.

Таким образом, иногда свет ведет себя как волны, иногда - как частицы. Поэтому считается, что он имеет двойственную природу. Ученые, объясняя данные наблюдений, могут пользоваться либо волновой теорией, либо теорией частиц.

Рыба хаулиод излучает биолюминесцентный свет из набрюшных органов (фотофоров). Рыба регулирует их яркость так, чтобы она соответствовала яркости света, проникающего с поверхности.

Генерирование света

Подобно электрическому току, свет может генерироваться другими видами энергии. Солнце генерирует свет и другие электромагнитные излучения путем мощных реакций синтеза, в процессе которых водород превращается в гелий. При сгорании угля или дерева химическая энергия топлива превращается в тепло и свет. Прохождение тока через тонкую нить накала в электрической лампочке дает тот же результат. Лампа дневного света работает по другому принципу. На концы трубки, наполненной парами (обычно ртути) под большим давлением, подается высокое напряжение. Пар начинает светиться, испуская ультрафиолетовое излучение, которое действует на химическое покрытие внутренних стенок трубки. Покрытие поглощает невидимое ультрафиолетовое излучение и само излучает энергию света. Этот процесс преобразования излучения называется флюоресценцией.

Фосфоресценция - явление того же рода, но свечение при этом продолжается довольно долго и после удаления источника излучения. Светящаяся краска фосфоресцирует. После кратковременного воздействия на нее яркого света она светится часами. Флюоресценция и фосфоресценция являются формами люминесценции - излучения света без влияния высокой температуры.

Биолюминесценция

Некоторые живые организмы, включая жуков-светляков, отдельные виды рыб, грибов и бактерий, генерируют свет способом биолюминесценции. В этом виде люминесценции источником света является химическая энергия, получаемая в результате окисления вещества, называемого люциферином.

Одним из наиболее полезных источников света является лазер. Это слово составлено из первых букв полного термина «усиление света методом индуцированного излучения» (по-английски light amplification by stimulated emission of radiation). В лазерной трубке под воздействием электричества из атомов высвобождаются фотоны. Они вылетают из трубки в виде узкого луча света или в какой-либо другой форме электромагнитного излучения в зависимости oт вещества, используемого для получения фотонов.

Захватывающие эффекты на рок-концертах получают при помощи генераторов дыма. Его частицы рассеивают лучи прожекторов, придавая им видимые очертания.

В отличие от обычного света лазерный свет является когерентным. Это означает, что выпущенные световые волны поднимаются и опускаются вместе. Получаемое таким образом световое излучение высокой направленности и большой плотности энергии имеет различные области применения, включая сшивание тканей в хирургии, резку стали, наведение ракет на цели, передачу информации.