Цвет

Спектр солнечного света после преломления в треугольной призме

Цве́т — это свойство зрительного органа чувств человека осознанно различать объекты по исходящему от них спектральному составу видимого излучения. Многие виды животных обладают способностью восприятия излучения по их спектру. Однако у различных видов спектр воспринимаемого излучения отличается. Спектральный состав зависит от природы источника света, от типа взаимодействия наблюдаемого объекта и света: отражённый, рассеянный, проходящий.

Природа возникновения понятия цвета

До XVII представление о свете и цвете было утопическим и сводилось к определению древнегреческого философа Аристотеля: «Цвет — это видимое качество предмета, невидимое — темнота; свет же — не тело, а противоположность тьме и условие видения цветов, то есть разные цвета — результат смешения света и тьмы в разных пропорциях».

Благодаря теории и экспериментам Исаака Ньютона сущность понятия цвета была раскрыта с научной точки зрения в 1676 году. В своей работе «Оптика» Ньютон дал определение, что цвет — это электромагнитная волна, воспринимаемая человеческим глазом, участок спектра, опровергнув теорию французского учёного Р. Декарта, который утверждал, что разные цвета создаются в следствии вращения световых частиц с разной скоростью.

Оптический спектр наблюдали до И. Ньютона английский философ и естествоиспытатель Роджер Бэкон, а также Иоганн Гёте в труде «К теории цвета». Но объяснить удалось только И. Ньютону, он разделил свет (спектр) на семь цветов: красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, голубой, синий (индиго) и фиолетовый. Выделяют взаимосвязь между цветами, музыкальными нотами, объектами Солнечной системы и днями недели.

Следующим важным шагом в изучении цвета стало объяснение трёхцветной природы зрения в 1856 году М. В. Ломоносовым и подхваченное Т. Юнгом и Г. Гельмгольцем. Все цвета получаются в результате смешения в разных отношениях трёх взаимозависимых цветов: красного, зелёного и синего. Таким образом, цвет не может быть объективной физической величиной, так как не существует независимо от органа зрения, но является излучением, которое имеет свойство цвет.

Физика цвета

Сущность понятия цвет в физике раскрывается с помощью понятия электромагнитного излучения. Электромагнитное излучение распространяется в пределах электромагнитного поля и делится на диапазоны, между которыми отсутствуют резкие границы. В спектре электромагнитного излучения цвет соответствует малой части электромагнитного спектра, которая воспринимается человеческим глазом. Электромагнитное излучение с длиной волны от 400 до 760 нм (от фиолетового до красного) — это видимый свет, который обладает цветом, зависящим от частоты излучения.

Слияние всех цветов спектра образует белый цвет, который является светом источника. Но для того, чтобы объекты окружающего мира были разнообразных цветов, каждое тело имеет коэффициент отражения и пропускания. Если поверхность красного цвета, значит высокий коэффициент отражения волн красного, оранжевого и жёлтого цвета, а для остальных — высокий коэффициент поглощения.

Химия цвета

Все объекты окружающего мира состоят из различных элементов, описанных в периодической системе элементов Д. И. Менделеева. И в результате аллотропии и аллотропных модификаций цвет у различных веществ может изменяться. Сами по себе атомы и молекулы не обладают какими-либо признаками, но при образовании определённой структуры появляются отличительные черты: запах, вкус, цвет. Наиболее вариативными по цвету являются неметаллы, которые не ограничены в аллотропии, в отличие от металлов, а радиоактивные элементы излучают в области, невидимой человеческому глазу.

Цвет неразрывно связан с подвижностью электронов в молекуле и возможность перехода электронов при поглощении энергии кванта света. Однако алгоритм появления цвета различен и связан с разным состоянием электронов. Для металлов важна свобода передвижения электронов и правильность кристаллической решётки, а для неметаллов решающую роль играет валентное состояние. Органические вещества имеют свою особенность для изменения цвета — это система больших молекул, атомы которых способны легко изменять своё состояние.

Математика цвета

Математическая интерпретация цвета позволяет производить качественную оценку цветов, определять их тон и насыщенность по определённым координатам. В 1931 году была разработана цветовая модель XYZ, в которой цвета располагаются в трёхмерной прямоугольной системе координат. По оси Ox расположены все красные цвета, а по оси Oz — зелёные. Получившийся график демонстрирует все цвета независимо от их яркости. Третье измерение — яркость — необходимо для так как расстояния между цветами не соответствует зрительному восприятию человеком.

Используя график кривой спектра источника и другие кривые смешения (сложения) цветов, вычисляются координаты X,Y,Z по формулам:

$$X=K*\sum _{k=380}^{780}S(k)*R(k)*X(k)$$

$$Y=K*\sum _{k=380}^{780}S(k)*R(k)*Y(k)$$

$$Z=K*\sum _{k=380}^{780}S(k)*R(k)*Z(k)$$

Данная модель была доработана в XIX веке физиком Джеймсом Максвеллом на основе трёхцветного принципа. Базисными точками стали красный, зелёный и синий цвета, по первым буквам которых была названа новая модель RGB. Графом данной модели стал куб, начало координат — чёрный цвет, а противоположная вершина — белая.

В цветной полиграфии основой является другой набор основных цветов CMY: голубой, пурпурный и жёлтый, а «чёрная» и «белая» вершина отражаются симметрично предыдущей модели.

Биология цвета

Считается, что в видимом спектре человеческий глаз различает около 120 цветов. Их объединяют в следующие группы:

• 1) коротковолновая (380—500 нм): фиолетовый, сине-фиолетовый, синий, голубой;
• 2) средневолновая (500—600 нм): зелёно-голубой, зелёный, жёлто-зеленый, жёлтый, жёлто-оранжевый, оранжевый;
• 3) длинноволновая (700—760 нм): оранжевый, красно-оранжевый, красный.

Главным источником света для нас является Солнце. Солнечный свет воспринимается как белый. Предмет, поверхность которого полностью или почти полностью отражает солнечные лучи, мы видим как белый. Если поверхность предмета полностью поглощает падающие на нее лучи Солнца, она видится нам черной, то есть чернота — это отсутствие света. Помещение, полностью лишенное света, представляется черным. На этом свойстве основана фотосъемка в полной темноте: живые существа излучают тепло, его «видит» фотоаппарат, настроенный на инфракрасное излучение. Однако белый и черный — это не цвета, по крайней мере, не то, что мы называем хроматическим цветом. Установлено, что солнечный свет можно разложить, и тогда окажется, что волны разной длины воспринимаются глазом как имеющие различные цвета.

Психология цвета

Цвет повсеместно окружает человека, вызывая уникальные чувства и эмоции. Выбор предметов интерьера и быта, аксессуаров, подручных средств, одежды, а также всего остального согласно оттенкам цветовой палитры свидетельствует о личных предпочтениях, внутренних ощущениях и душевном состоянии индивида. Так же личные предпочтения цветовой гаммы характеризуют настрой предстоящего события или темперамент.

Выбор цветового тона кардинально воздействует на психоинтеллектуальное состояние личности. Психологи определили, что сдержанная в цветовой гамме среда привлекает, успокаивает, благоприятствует творческой атмосфере, улучшает коммуникацию людей. Цветовой тон способен влиять на чувства, а не на логику. Исследования доказали, что 80 % цвета «поглощается» нервной системой, а 20 % — зрением. Между цветом и восприятием имеется определенная зависимость. Подлинно установлено, что каждый цветовой тон имеет подсознательные ассоциации. Цвет, как и форма, воздействует эмоционально на любую личность. Он способен вселять ощущения комфорта и умиротворения, привлекать или отталкивать, тревожить или возбуждать. Это отчетливо можно наблюдать, когда листаешь буклеты, просматриваешь хорошие рекламные фильмы или разглядываешь плакаты, кидая взор на выразительные пространственные и цветовые решения.

Примечания

Данная статья имеет статус «готовой». Это не говорит о качестве статьи, однако в ней уже в достаточной степени раскрыта основная тема. Если вы хотите улучшить статью — правьте смело!