Светопреломляющая система глаза. Восприятие длины
реклама
Министерство образования и науки Российской Федерации Муниципальное образовательное учреждение средняя общеобразовательная школа № 34 РЕФЕРАТ по физике «СВЕТОПРЕЛОМЛЯЮЩАЯ СИСТЕМА ГЛАЗА. ВОСПРИЯТИЕ ДЛИНЫ СВЕТОВОЙ ВОЛНЫ» Выполнил: учащаяся 10 класса Истомина Наталья Научный руководитель: Белякова Марина Валерьевна, учитель физики Тверь, 2013 1 ОГЛАВЛЕНИЕ Введение_______________________________________________________стр.3 Глава 1 Свет__________________________________________________стр.4 1.1 Природа и скорость света. Дисперсия____________________________стр.4 1.2 Объяснение различных цветов окружающих нас тел ______________стр.7 Глава 2 Светопреломляющая система глаза_______________________стр.10 2.1 Строение глаза человека ____________________________________стр.10 2.2 Оптическая система глаза_____________________________________стр.12 Глава 3 Восприятия длины световой волны _____________________стр.15 3.1 Восприятие цвета _________________________________________стр.14 3.2 Цвет и его характеристики ____________________________________стр.19 Заключение____________________________________________________стр.23 Список литературы_____________________________________________стр.24 Приложения___________________________________________________стр.25 Приложение 1_______________________________________________стр.26 Приложение 2_______________________________________________ стр.28 2 ВВЕДЕНИЕ Процесс познания человеком особенностей внешнего мира начинается с ощущения и восприятия окружающих нас предметов различными органами чувств, из которых наиболее ответственная роль принадлежит органу зрения. Здоровый человеческий глаз прекрасно ориентируется как в условиях мощных яркостей, так и в темноте. Это обусловлено его сложной и своеобразной анатомо-физиологической структурой. В жизни человека роль цвета велика и многообразна. Цвет - это не только комбинация электромагнитных волн фиксированного диапазона частот, но и субъективные ощущения, вызванные воздействием волн определенной длины на сетчатку глаза. Цвет - феномен загадочный. Он сопровождает нас повсюду каждое мгновение. Даже во сне и с закрытыми глазами мы не перестаем видеть цвета. Основные функции органа зрения – свето - и цветоощущение - служат с давних времен предметом углубленных исследований и оживленных дискуссий биологов, физиологов, офтальмологов, физиков и др. Существует много гипотез и теорий, посвященных восприятию длины световой волны человеком. Проведено немало исследований для анализа цветового зрения. Поэтому тема реферата является актуальной. В качестве источников выбраны книги М. Миннарта «Цвет и свет в природе (Москва, «Наука», 1969) и Р.Л. Грегори «Глаз и мозг» (Москва, «Прогресс», 1970), материалы Internet. Цель работы – познакомиться с особенностями светопреломляющей системы глаза человека, современными представлениями о физиологии восприятия цвета, его характеристиками, со спецификой влияния разных цветов видимого спектра на орган зрения человека. Задачи: 1) проанализировав первоисточники, изучить строение светопреломляющего системы глаза и особенности зрительного восприятия цвета человеком; 2) характеристиками. 3 познакомиться с понятием цвет, его видами и ГЛАВА I СВЕТ 1.1 Природа и скорость света. Дисперсия [3] Первые представления о природе света возникли у древних греков и египтян. По мере изобретения оптических и совершенствования приборов (параболических различных зеркал, микроскопа, зрительной трубы) эти представления развивались и трансформировались. В конце XVII века возникли две теории света: корпускулярная (И. Ньютон) и волновая (Р. Гук и Х. Гюйгенс). Волновая теория рассматривала свет как волновой процесс, подобный механическим волнам. В 60-е годы XIX века Максвеллом были установлены общие законы электромагнитного поля, которые привели его к заключению, что свет – это электромагнитные волны. Однако электромагнитная природа света окончательно получила признание после опытов Г. Герца (1887–1888 гг.) по исследованию электромагнитных волн. А в начале XX века после опытов П. Н. Лебедева по измерению светового давления (1901 г.) электромагнитная теория света превратилась в твердо установленный факт. Важнейшую роль в выяснении природы света сыграло опытное определение его скорости. Начиная с конца XVII века, предпринимались неоднократные попытки измерения скорости света различными методами (астрономический метод А. Физо, метод А. Майкельсона). Современная лазерная техника позволяет измерять скорость света с очень высокой точностью на основе независимых измерений длины волны λ и частоты света ν (c = λ · ν). Таким путем было найдено значение c = 299792458 ± 1,2 м/с скорости света, с которой в вакууме распространяются электромагнитные волны различных частот (длин волн). Однако в среде скорости распространения монохроматических волн разных частот отличаются друг от друга. 4 Зависимость скорости света в веществе от частоты волны называется дисперсией. [3] Явление дисперсии было открыто в 1605 году английским ученым Т. Харриотом, переоткрыто в 1648 году чешским ученым Я. Марци. Однако признание дисперсия получила в 1666 году после опытов, проведенных английским физиком И. Ньютоном. Ньютон направил узкий пучок солнечного света на стеклянную призму. За призмой располагался экран, на котором наблюдалось разложение белого света в цветной спектр (рис.1). Рис. 1 Призма Ньютона Семь основных цветов: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий и фиолетовый плавно переходили друг в друга. В результате было выявлено, что: 1) белый свет не является монохроматическим, а содержит электромагнитные волны различных частот; 2) наименьшее отклонение от первоначального направления испытывают красные лучи, наибольшее – фиолетовые; следовательно, абсолютный показатель преломления для красных лучей меньше, чем для фиолетовых и частота красного света меньше частоты фиолетового, т.е. абсолютный показатель преломления возрастает с увеличением частоты света и уменьшается с увеличением длины световой волны; 3) цвет, воспринимаемый глазом, определяется частотой (длиной) световой волны. Если же изображение спектра пропускалось через собирающую линзу получался снова белый цвет. [4] Разбиение на семь цветов условно и во многом случайно. Скорее всего, Ньютон находился под действием европейской нумерологии и основывался на аналогии с семью нотами в октаве, семью известными на то 5 время планетами, семью металлами, что и послужило причиной выделения именно семи цветов. В XX в. Освальд Вирт, французский художник предложил «октавную» систему с дополнительными зелёными цветами — холодным, морским и тёплым, травяным, но большого распространения она не получила. Таким образом, в физику вошел следующий неоспоримый факт: свет представляет собой набор электромагнитных волн, причем частота волны (ее длина) определяет его цвет (рис. 2). Рис. 2 Диапазоны длин волн, частот и энергии фотонов лучей дисперсионного спектра Видимое излучение — электромагнитные волны, воспринимаемые человеческим глазом. Диапазон цветов, которые может различить наш глаз – от 380 до 760 нм (от фиолетового до красного). Такие волны занимают частотный диапазон от 400 до 790 ТГц. Электромагнитное излучение с такими длинами волн называется видимым светом, или просто светом. Имея электромагнитную природу, свет взаимодействует с энергетическими структурами человеческого организма, усиливая или подавляя их вибрации. Наибольшую чувствительность к свету человеческий глаз имеет в области 555 нм (540 ТГц), в зелёной части спектра. Учение о свете и световых явлениях составляет раздел физики, называемый оптикой. 6 1.2 Объяснение различных цветов окружающих нас тел [1] Когда мы при дневном свете смотрим на различные тела, окружающие нас, то видим их окрашенными в различные цвета. Так трава и листья деревьев – зеленые, цветы – красные, синие, желтые или фиолетовые. Есть также черные, белые, серые тела. Казалось бы, все тела освещены одним и тем же светом – светом Солнца. Почему же различны их цвета? В солнечном свете содержаться волны, в которых электрическое и магнитное поля колеблются с различными частотами. Любое вещество состоит из атомов и молекул, содержащих заряженные частицы, взаимодействующие друг с другом. Заряженные частицы под действием электрического поля приходят в движение, а если поле переменное – то совершают колебания, причем каждая частица в теле имеет определенную собственную частоту колебаний. Когда на тело падает свет, электрическое поле, «принесенное» им, заставляет заряженные частицы в теле совершать вынужденные колебания. При этом у некоторых частиц их собственная частота колебаний может совпадать с какой-то частотой колебаний поля световой волны. Тогда, как известно, произойдет явление резонанса – резкого увеличения амплитуды колебаний. При резонансе энергия, принесенная волной, передается атомам тела, что, в конечном счете, вызывает его нагревание. Волны падающего света не попадающие в резонанс, заставляют заряженные частицы колебаться с меньшей амплитудой и становятся источником вторичных электромагнитных волн той же частоты. Вторичные волны, складываясь с падающей волной, составляют отраженный или проходящий свет. Таким образом, если тело непрозрачное, то падающий на него свет, не попавший в резонанс, отражается, а попавший – поглощается. Иными словами, цвет непрозрачных предметов определяется тем светом, который они диффузно отражают. Если, например, из состава падающего солнечного света в резонанс попали колебания, соответствующие красному цвету, то в отраженном свете их не будет. 7 Существуют тела, в которых заряженные частицы имеют так много различных собственных частот колебаний, что каждая или почти каждая частота в падающем свете попадает в резонанс. Тогда ведь падающий свет поглощается. Такие тела называют черными, то есть телами черного цвета. Число, выражающее отношение количества отраженных поверхностью световых лучей к количеству падающих на нее лучей, называется коэффициентом отражения. Например, коэффициент отражения черного бархата составляет всего лишь 0,3%. Поверхность, почти целиком отражающая падающий на нее свет, имеет цвет белый. Белые поверхности характеризуются значительным коэффициентом отражения. Коэффициент отражения белого порошка оксида магния 96%, свежевыпавший снег отражает 85% падающего светового потока, белая бумага – 75%. Цветная поверхность отражает волны различной длины. Поэтому каждая цветная поверхность имеет свой спектр отражения. Бесцветные прозрачные поверхности предметов, одинаково хорошо пропускающие все лучи падающего на них света - бесцветные (прозрачные). Мы видим окружающие нас предметы многоцветными при освещении солнцем или яркой лампой, но с наступлением сумерек или при ослаблении света цветность предметов блекнет. На основе законов оптики возникла оптическая и осветительная техника. Оптическая техника получила свое развитие благодаря изобретению и использованию линз. Линзы составляют главную основу оптических приборов. Но самым главным и ценнейшим для нас является живой оптический орган зрения – глаз. 8 ВЫВОДЫ Свет — электромагнитное излучение (набор электромагнитных волн), воспринимаемое человеческим глазом, причем частота волны (ее длина) определяет его цвет. Скорость света, т.е. скорость, с которой в вакууме распространяются электромагнитные волны различных частот (длин волн) принимает значение c = 299792458 ± 1,2 м/с . Однако в среде скорости распространения монохроматических волн разных частот отличаются друг от друга. Зависимость скорости света в веществе от частоты волны называется дисперсией. Один из самых наглядных примеров дисперсии — разложение белого света при прохождении его через призму (опыт Ньютона). Из которого следует: у красного цвета максимальная скорость в среде и минимальная степень преломления, у фиолетового цвета минимальная скорость света в среде и максимальная степень преломления. Видимый свет — электромагнитное излучение с длинами волн ≈ 380— 760 нм (от фиолетового до красного). Наибольшую чувствительность к свету человеческий глаз имеет в области 555 нм (540 ТГц), в зелёной части спектра. Когда на тело падает свет, электрическое поле, «принесенное» им, заставляет заряженные частицы в теле совершать вынужденные колебания. При совпадении собственной частоты колебаний частиц с какой-либо частотой колебаний поля световой волны наступает явление резонанса. Если тело непрозрачное, то падающий на него свет, не попавший в резонанс, отражается, а попавший – поглощается. Иными словами, цвет непрозрачных предметов определяется тем светом, который они диффузно отражают. Цветная поверхность отражает волны различной длины. Поэтому каждая цветная поверхность имеет свой спектр отражения. Бесцветные прозрачные поверхности предметов, одинаково хорошо пропускающие все лучи падающего на них света - бесцветные (прозрачные). Непрозрачные поверхности предметов, поглощающие ведь падающий свет на них свет, имеют черный цвет. 9 ГЛАВА II СВЕТОПРЕЛОМЛЯЮЩАЯ СИСТЕМА ГЛАЗА 2.1 Строение глаза человека [2] Глаз обладающий — сенсорный способностью орган человека, воспринимать электромагнитное излучение в световом диапазоне длин волн и обеспечивающий функцию зрения. Через глаз поступает 90 % информации из окружающего мира. Максимум непрерывного спектра солнечного излучения расположен в «зелёной» области 550 нм, на который приходится максимум чувствительности глаза. Глаз, или глазное яблоко — парное орган неправильной шарообразной формы (24 мм вдоль главной оптической оси и 22 мм в поперечном направлении), расположенный в каждой из глазниц черепа человека. Рис. 3 Строение глаза [2] Глазное яблоко (рис. 3) состоит из оболочек, которые окружают внутреннее ядро глаза, представляющее его прозрачное содержимое — стекловидное тело, хрусталик, водянистая влага в передней и задней камерах. 10 Ядро глазного яблока окружают три оболочки: наружная, средняя и внутренняя. Наружная оболочка глазного яблока, к которой прикрепляются наружные мышцы глазного яблока, выполняет защитную функцию и обусловливает форму глаза. Она состоит из передней прозрачной части — роговицы, и задней непрозрачной части белесоватого цвета — склеры. Средняя (сосудистая) оболочка глазного яблока образована радужкой, ресничным телом и собственно сосудистой оболочкой, в ней располагаются все кровеносные сосуды, питающие ткани глаза. Сосудистая оболочка черная, т. к. ее клетки содержат черный пигмент, который поглощает световые лучи, препятствуя их рассеиванию вокруг глаза. Сосудистая оболочка переходит в радужную, у людей она имеет различную окраску, которая определяет цвет глаз. Радужная оболочка – это кольцевая мышечная диафрагма с небольшим отверстием в центре – зрачком. Он черный потому, что место, откуда не исходят световые лучи, воспринимается нами черным. Через зрачок световые лучи проникают внутрь глаза, но обратно не выходят, оказавшись как бы в ловушке. Зрачок регулирует поступление света в глаз, рефлекторно сужаясь или расширяясь. Внутренняя оболочка глазного яблока — сетчатка — рецепторная часть зрительного анализатора, которая непосредственно воспринимает свет и передает информацию в центральную нервную систему. Между роговицей и радужной оболочкой находится водянистая жидкость, за которой - хрусталик. Хрусталик представляет собой двояковыпуклую линзу, он эластичен, и может менять свою кривизну с помощью ресничной мышцы, обеспечивая точную фокусировку лучей света. Показатель преломления хрусталика составляет 1,45. За хрусталиком находится стекловидное тело, которое заполняет основную часть глаза. Стекловидное тело и водянистая жидкость имеют показатель преломления почти такой же, как и у воды - 1,33. 11 2.2 Оптическая система глаза [2] Оболочки глаза и её производные подразделяют на три аппарата: светопреломляющий, аккомодационный (формирующие оптическую систему глаза) и сенсорный. Светопреломляющий аппарат глаза представляет собой сложную систему линз, формирующую на сетчатке уменьшенное и перевёрнутое изображение внешнего мира (рис. 4), включает в себя роговицу, жидкости передней и задней камер глаза, хрусталик, а также стекловидное тело, позади которого лежит сетчатка, воспринимающая свет. Рис. 4 Изображение на сетчатке глаза Аккомодационный аппарат глаза обеспечивает фокусировку изображения на сетчатке, а также приспособление глаза к интенсивности освещения. Он включает в себя радужку с отверстием в центре — зрачком и ресничное тело с ресничным пояском хрусталика. Фокусировка изображения обеспечивается за счёт изменения кривизны хрусталика, которая регулируется ресничной мышцей. При увеличении кривизны хрусталик становится более выпуклым и сильнее преломляет свет, настраиваясь на видение близко расположенных объектов. При расслаблении мышцы хрусталик становится более плоским, и глаз приспосабливается для видения удалённых предметов. Зрачок играет роль диафрагмы глаза, регулируя количество света, падающего на сетчатку. При ярком свете кольцевые мышцы радужки сокращаются, а радиальные расслабляются, при этом зрачок сужается, и количество света, попадающего на 12 сетчатку, уменьшается, это предохраняет её от повреждения. При слабом свете наоборот сокращаются радиальные мышцы, и зрачок расширяется, пропуская в глаз больше света. Рецепторный аппарат глаза представлен зрительной частью сетчатки, содержащей фоторецепторные клетки, а также тела и аксоны нейронов, образующих зрительный нерв. Сетчатка имеет слоистое строение. Свет входит в глаз через роговицу, проходит последовательно сквозь жидкость передней камеры, хрусталик и стекловидное тело и, пройдя через всю толщу сетчатки, попадает на отростки светочувствительных клеток — палочек и колбочек. В них протекают фотохимические процессы, обеспечивающие цветовое зрение. В заднем полюсе сетчатки находится небольшое углубление — центральная ямка — наиболее чувствительный ее участок, в котором содержатся только колбочки. Место на сетчатке, где нет ни палочек, ни колбочек называется слепым пятном; оттуда из глаза выходит зрительный нерв. 13 ВЫВОДЫ Глаз — сенсорный орган человека, обладающий способностью воспринимать электромагнитное излучение в световом диапазоне длин волн и обеспечивающий функцию зрения. Глаз, или глазное яблоко — парное образование неправильной шарообразной формы, расположенное в каждой из глазных впадин (орбит) черепа человека. Глазное яблоко состоит из оболочек, которые окружают внутреннее ядро глаза, представляющее его прозрачное содержимое — стекловидное тело, хрусталик, водянистая влага в передней и задней камерах. Ядро глазного яблока окружают три оболочки: наружная, средняя и внутренняя. Наружная оболочка глазного яблока, состоящая из передней прозрачной части — роговицы и задней непрозрачной части белесоватого цвета — склеры, выполняет защитную функцию и обусловливает форму глаза. Средняя (сосудистая) оболочка глазного яблока образована радужкой, ресничным телом и сосудистой оболочкой, в ней располагаются все кровеносные сосуды, питающие ткани глаза. Внутренняя оболочка глазного яблока — сетчатка непосредственно воспринимает свет и передает информацию в центральную нервную систему. Именно на сетчатке глаза возникает изображение. Оптическую систему глаза формируют светопреломляющий и аккомодационный аппараты оболочки глаза и её производных. Светопреломляющий аппарат глаза представляет собой сложную систему линз, формирующую на сетчатке уменьшенное и перевёрнутое изображение внешнего мира. Аккомодационный аппарат глаза обеспечивает фокусировку изображения на сетчатке, а также приспособление глаза к интенсивности освещения. 14 ГЛАВА III ВОСПРИЯТИЕ ДЛИНЫ СВЕТОВОЙ ВОЛНЫ 3.1 Восприятие цвета [1] Своими знаниями о восприятии цвета мы обязаны не только физиологам и психологам, но и художникам, философам, поэтам и физикам. Причину столь активного интереса к восприятию цвета понять нетрудно. Цвет не только характеристический признак, присущий буквально всем предметам окружающего нас мира и точно определяющий фундаментальные отличия одних поверхностей и объектов от других. Большинство из нас, прежде всего, обращают внимание на цвет окружающих предметов. Цвета привлекают к себе наше внимание, они украшают мир, придают ему большую ценность, пробуждают наши эстетические чувства и — что самое важное - являются источниками информации. Благодаря цветам нам легче отличить одну поверхность от другой, цвета распознавание облегчают и зрительное нередко обнаружение являются предметов признаком, и их позволяющим идентифицировать многие объекты, что придает окружающему нас миру необходимую стабильность. [2] Ощущение цвета возникает в мозге при возбуждении и торможении цветочувствительных клеток — рецепторов глазной сетчатки человека колбочек. Светочувствительность колбочек невысока, поэтому для хорошего восприятия цвета необходима достаточная освещённость или яркость. Наиболее богаты цветовыми рецепторами центральные части сетчатки. 15 [4] Физиология цветового зрения недостаточно изучена. Из предложенных гипотез и теорий наибольшее распространение получила трехкомпонентная теория, основные положения которой впервые были высказаны М.В. Ломоносовым в 1756 г., а в дальнейшем развиты Юнгом (Т. Young, 1802) и Гельмгольцем (Н. L.F. Helmholtz, 1866) и подтверждены данными современных исследований. Согласно этой теории в сетчатке глаза имеется три вида воспринимающих рецепторов, расположенных в колбочковом аппарате сетчатки, каждый из которых возбуждается преимущественно одним из основных цветов — красным, зеленым или синим (рис. 6), однако в определенной степени реагирует и на другие цвета. Изолированное возбуждение одного вида рецепторов вызывает ощущение основного цвета. При равном раздражении Рис. 6 Основные цвета всех трех видов рецепторов возникает ощущение белого цвета. В глазе происходит первичный анализ спектра излучения рассматриваемых предметов с раздельной оценкой участия в них красной, зеленой и синей областей спектра. В коре головного мозга окончательно анализируется и синтезируется световое воздействие. Для цветоразличения имеет значение яркость окружающего фона. Черный фон усиливает яркость цветных полей, но, в то же время, несколько ослабляет цвет. На цветовосприятие объектов существенно влияет также цветность окружающего фона. Фигуры одного и того же цвета на желтом и синем фоне выглядят по-разному. Последовательный цветовой контраст проявляется в видении дополнительного цвета после воздействия на глаз основного. Например, после рассматривания зеленого абажура лампы белая бумага вначале кажется красноватой. При длительном воздействии цвета на глаз отмечается снижение цветовой чувствительности сетчатки (цветовое утомление) вплоть до такого воспринимаются как одинаковые. 16 состояния, когда два разных цвета При достижении необходимой для восприятия цвета яркости наиболее высокочувствительные рецепторы сумеречного зрения — палочки — автоматически отключаются. [4] Субъективное восприятие цвета зависит от яркости цвета и скорости его изменения (увеличения или уменьшения), от адаптации глаза к фоновому свету, от цвета соседних объектов, наличия дальтонизма и других объективных факторов. Рис. 6 Спектральные характеристики чувствительности цветовых рецепторов человека — колбочек. Штриховой линией показана чувствительность палочек — рецепторов сумеречного зрения. Предметы, воспринимаемые человеческим глазом, находятся от нас на определенном расстоянии, в определенной воздушной среде и бывают освещены прямыми или непрямыми лучами белого или цветного света. Кроме цветов поверхности предметов мы воспринимаем среду, через которую видим эти предметы, например туман, дым. Наконец, сами предметы могут быть полупрозрачными или "мутными". В этом случае они могут освещаться светом, не только падающим на их поверхность, но и проходящим через них (молочное стекло, полупрозрачные камни). Если цвет вообще не локализуется, то он воспринимается как цвет пространства. Будучи освещенной различным по яркости и цвету светом, цветная поверхность предмета отражает различный 17 цветовой поток, а воспринимаемый цвет поверхности, так же как и объективная окраска самого предмета, при этом не изменяется. Мы как бы «снимаем» освещение, воспринимаем цвет в его нормальном освещении. Не существуй у нас подобной трансформации, белый цветок, находящийся под зеленой листвой, должен был бы казаться того же цвета, что сама листва под открытым небом; клубок белых ниток при свете лампы должен был бы иметь для нас цвет апельсина. Однако в естественных условиях нашего восприятия этого нет: лист белой бумаги остается белым при желтоватом освещении электрической лампы и под зеленой листвой, хотя физически состав отражаемого им света в обоих случаях различен. Писчая бумага воспринимается нами как белая и в сумерки, а шрифт печатного текста как черный и при ярком солнечном освещении, хотя свет, отражаемый белой бумагой, слабее света, отражаемого шрифтом при солнечном освещении. Глаз воспринимает цвет, и мгновенно в мозге начинается процесс, отзывающийся в периферийной нервной системе. Например, так называемые «горячие» цвета — красный, оранжевый и желтый — имеют наибольшую длину волны, что требует для восприятия значительного количества энергии. И напротив, холодные цвета, зеленые и голубые — коротковолновые, и поэтому легко воспринимаются. Помимо естественной реакции нашего организма, в восприятии цвета немаловажную роль играет жизненный опыт. Почему красный цвет означает «стоп», а зеленый – «идите»? Невеста – в белом, а черный – цвет траура и печали? Счастливый все видит «в розовом цвете», а романтик упивается «голубыми мечтами»… Цвет одежды также красноречив. Например, кого из женщин-специалистов вы выберете в качестве финансового советника — ту, которая носит темно-синий костюм, или девушку в ярко-розовой кофточке? Понятие «цветовой коммуникации» относится не только к области одежды, но и к убранству дома, рекламе, дизайну новой продукции и оформлению торговых предприятий. Цвета оказывают влияние на психику и повседневное поведение людей. 18 (ПРИЛОЖЕНИЕ 1) 3.2 Цвет и его характеристики [4] Цвет — качественная субъективная характеристика электромагнитного излучения оптического диапазона, определяемая на основании возникающего физиологического зрительного ощущения и зависящая от ряда физических, физиологических и психологических факторов. Индивидуальное восприятие цвета определяется его спектральным составом, а также цветовым и яркостным контрастом c окружающими источниками света, а также несветящимися объектами. [1] Все цвета, встречающиеся в природе, делят на ахроматические и хроматические (рис. 2). ЦВЕТА В ПРИРОДЕ АХРОМАТИЧЕСКИЕ ХРОМАТИЧЕСКИЕ БЕЛЫЙ ЧЕРНЫЙ СЕРЫЙ СПЕКТРАЛЬНЫЕ ЦВЕТА (ОТ КРАСНОГО ДО ФИОЛЕТОВОГО) ПУРПУРНЫЕ (МАЛИНОВЫЙ, ВИШНЕВЫЙ, СИРЕНЕВЫЙ) КОРИЧНЕВЫЙ САЛАТНЫЙ отличаются лишь количеством отраженного света получающиеся в результате смешения различных цветов между собой Рис. 3 Цвета в природе Наиболее ярким ахроматическим цветом является белый, наиболее тёмным — чёрный. Красный, зеленый и синий цвета являются взаимно независимыми. Это означает, что каждый из них может быть получен в результате смешения двух других. Направив на белый экран три пучка света, пропущенные через красный, 19 зеленый и синий светофильтры, в месте из пересечения при определенном соотношении яркостей складывающихся пучков можно получить белый цвет. Изменяя это соотношение можно получить практически любой другой хроматический цвет. [2] Хроматические и ахроматические цвета существенно отличаются друг от друга. Оценку ахроматическим цветам можно дать по одному признаку – их яркости. Хроматическим же цветам присущи несколько качеств (рис. 5). Характеристики цвета цветовой тон насыщенность качественные параметры яркость количественный параметр Рис. 5 Характеристики цвета Цветовой тон определяется длиной волны [λ] = [1м]. Цветовой тон совокупность цветовых оттенков, сходных с одним и тем же цветом спектра. [4] Любой хроматический цвет может быть отнесён к какому-либо определённому спектральному цвету. Оттенки, сходные с одним и тем же цветом спектра (но различающиеся, например, насыщенностью и яркостью), принадлежат к одному и тому же тону. При изменении тона (рис. 6), например, синего цвета в зеленую сторону спектра он сменяется голубым, в обратную — фиолетовым. Рис. 6 Изменение тона синего цвета в зеленую сторону спектра 20 [2] Красный (λ=780-620 нм) и оранжевый (λ=620-585 нм) - длинноволновые цвета; желтый, желтозеленый и зеленый (λ=585-510 нм) – средневолновые; голубой, синий, фиолетовый цвета (λ=510-380 нм) – коротковолновые. [4] Насыщенность (чистота) цвета [P] зависит от степени «разбавления» спектрального цвета белым. Чем больше примесь белого, тем светлее основной цвет. Два оттенка одного тона могут различаться степенью блёклости (рис. 7). Например, при уменьшении насыщенности синий цвет приближается к серому. Рис. 7 Уменьшение насыщенности синего цвета [2] Цветовой тон и насыщенность характеризуют цветность объекта. Если, например, зеленый цвет имеет тон λ=530 нм и насыщенность 0,7, то это значит, что он на 70% состоит из зеленого цвета с такой длиной волны и на 30% из белого цвета. [4] Яркость хроматического цвета [B] зависит от падающего на окрашенный объект общего светового потока. Одинаково насыщенные оттенки, относимые к одному и тому же цвету спектра, могут отличаться друг от друга степенью яркости. К примеру, при уменьшении яркости синий цвет постепенно приближается к чёрному (рис. 8). Любой цвет при максимальном снижении яркости становится чёрным. Рис. 8 Уменьшение яркости синего цвета Следует отметить, что яркость, как и прочие цветовые характеристики реального окрашенного объекта, значительно зависят от субъективных причин, обусловленных психологией восприятия. Так, например, синий цвет при соседстве с жёлтым кажется более ярким. В природе (ПРИЛОЖЕНИЕ 2) 21 существуют спектральные и неспектральные цвета. ВЫВОДЫ Источником информации об окружающем нас мире, определяющим фундаментальные отличия одних поверхностей от других является цвет. Ощущение цвета возникает в мозге при возбуждении и торможении цветочувствительных клеток — рецепторов глазной сетчатки человека колбочках. Согласно трехкомпонентной теории цветового зрения в сетчатке глаза имеется три вида воспринимающих рецепторов, расположенных в колбочковом аппарате сетчатки, каждый из которых возбуждается преимущественно одним из основных цветов — красным, зеленым или синим, называемых основными. Для цветоразличения имеет значение яркость и цветность окружающего фона. Субъективное восприятие цвета зависит от яркости цвета и скорости его изменения (увеличения или уменьшения), от адаптации глаза к фоновому свету, от цвета соседних объектов, наличия дальтонизма и других объективных факторов. Все цвета, встречающиеся в природе, делят на ахроматические и хроматические. Хроматические и ахроматические цвета существенно отличаются друг от друга. Оценку ахроматическим цветам можно дать по одному признаку – их яркости. Хроматическим же цветам присущи несколько качеств – цветовой тон, насыщенность и яркость. 22 ЗАКЛЮЧЕНИЕ Свет — электромагнитные волны, воспринимаемые человеческим глазом, частота (длина волны) которых определяет его цвет. Глаз — сенсорный орган человека, обладающий способностью воспринимать электромагнитное излучение в световом диапазоне длин волн и обеспечивающий функцию зрения. Оптическую систему глаза формируют светопреломляющий и аккомодационный аппараты оболочки глаза. Светопреломляющий аппарат глаза представляет собой сложную систему линз, формирующую на сетчатке уменьшенное и перевёрнутое изображение внешнего мира. Аккомодационный аппарат глаза обеспечивает фокусировку изображения на сетчатке, а также приспособление глаза к интенсивности освещения. Благодаря зрению человек получает более 90% всей информации об окружающем его мире. Зрительные ощущения вызываются воздействием на глаз света, т.е. электромагнитных волн длиною от 390 до 780 нм. Световые волны различаются длиной, которая обусловливает цветовой тон, амплитудой их колебаний, она определяет яркость цвета, формой - обусловливающей насыщенность цвета. Отраженный предметом световой поток, дошедший до сетчатки глаза, оказывает фотохимическое действие на концевые нервные аппараты, заложенные в сетчатке. В сетчатке глаза есть три вида колбочек, максимумы чувствительности которых приходятся на красный, зелёный и синий участки спектра, то есть соответствуют трём «основным» цветам. Они обеспечивают распознавание тысяч цветов и оттенков. Задачи, поставленные в ходе работы над рефератом, выполнены и позволяют сделать вывод: человеческий глаз обладает очень высокой чувствительностью и позволяет различать цвета, благодаря сложному строению; разнообразие ощущаемых нами цветов зависит от того, волны какой длины присутствуют в свете. Цель достигнута решением поставленных задач. Все возрастающий интерес со стороны ученых к проблемам цветовосприятия вполне оправдан и своевременен. 23 ЛИТЕРАТУРА 1. Миннарт М. Цвет и свет в природе. – М.: «Наука», 1969. 2. Грегори Р.Л. Глаз и мозг. – М.: «Прогресс», 1970. 3. http://fizika.ayp.ru/6/6_6.html - развитие представлений о природе света 4. http://ru.wikipedia.org/wiki/Цвет 24 ПРИЛОЖЕНИЯ 25 Приложение 1 Психология восприятия цвета Красный: стимулирует, снабжает очень сильной, но достаточно грубой энергией. Способствует активности, уверенности, дружелюбию. В больших количествах может провоцировать ярость, гнев. Красный создает ощущение тепла. Кофе кажется горячее в красной чашке, нежели в зеленой. Оранжевый: высвобождает эмоции, поднимает самооценку, учит прощать. Это отличный антидепрессант, способствует хорошему настроению. Обладает стимулирующими свойствами, создает впечатление дружелюбия и открытости. Желтый - это яркий, радостный, стимулирующий цвет. Он увеличивает концентрацию, организует, улучшает память, способствует справедливому и быстрому принятию решений. Это цвет оптимизма, тепла, радости. Зеленый это - жизнь, рост, гармония. Люди, предпочитающие зеленый цвет, надежны и великодушны. Бледно-зеленый — успокаивающий и расслабляющий цвет. Способствует улучшению зрения. Ярко-зеленые цвета напоминают о весне и энергии молодости. Серый цвет формализмом, соотносится с высокомерием беспристрастностью, и консерватизмом. Ассоциируется с мудростью и зрелостью. В домашней обстановке серый цвет выглядит прохладным и успокаивающим, но не располагает к дружеской беседе и возникновению аппетита. 26 Белый цвет символизирует чистоту, невинность, добро и истину. Хотя белый относится к нейтральным цветам, он считается холодным, так как ассоциируется со снегами и льдами. Белый часто используют для выражения стерильности и безопасности. Коричневый — теплый, «уютный» цвет, он ассоциируется с землей, деревьями, камином и домом. Этот цвет популярен в одежде, носящие ее люди считаются открытыми, надежными и искренними. Черный: вызывает чувство защищенности, утешения, ощущение тайны, он связан с тишиной, бесконечностью, с женской жизненной силой. Но может тормозить принятие решение и изменения в жизни. Голубой - это успокаивающий цвет. Он способствует физическому атмосферу и ментальному безопасности и расслаблению, доверия. создает Голубой цвет считается цветом креативности, его рекомендуют для учебных аудиторий или кабинетов. Фиолетовый цвет вязан с артистизмом, великими идеями, интуицией и мистикой. Он способствует вдохновению, состраданию, чувствительности. Розовый — самый пассивный из цветов. Провоцирует приветливость и снижает агрессивность, как внутреннюю, так и внешнюю. Самый женственный цвет, ассоциируется со вскармливанием и считается, что он способствует пищеварению. 27 воспитанием. Успокаивает, и Приложение 2 Спектральные и неспектральные цвета в природе 28