Оптика и изобразительное искусство.

Исследовательская работа по физике

Оптика и изобразительное искусство

 Автор работы:

Валиулина Алина Маратовна,

ученица 8Б класса

МАОУ Лицей №1 г. Балаково

тел. 89658869657

alinochka_valiulina@mail.ru 

Научный руководитель:

Александрова Наталья Викторовна,

учитель физики

МАОУ Лицей№1 г. Балаково

тел. 89271301489

nv-manyutina@yandex.ru

2023 год

1. Введение

Когда мы посещаем залы музеев, то часто восхищаемся замечательными картинами художников. Однако совсем не задумываемся о том, какую роль играют физические явления в написании великолепных произведений искусства. Кажется, эти понятия между собой очень далеки – физика и искусство, но всё-таки, между ними есть связь. «Физика – это жизнь» – так говорят многие…, ну а так как художники пишут «живые» картины, то получается, что они сами того не подозревая применяют физику в своих работах.

Я обучаюсь в художественной школе около пяти лет и при этом помню свой первый учебный день. Когда я вошла в класс, мой преподаватель показывал работы выпускников. В тот момент меня переполняло удивление и желание узнать «секрет» художников. Подойдя к учителю после лекции, я задала вопрос «Как мне научиться рисовать также?». Ответ учителя был неожиданным для меня: «Что бы рисунок получился удачный и гармоничным следует придерживаться определенных правил и законов». Мне было на тот момент 10 лет, и в силу своего возраста я мало что понимала. В своей работе я раскрою некоторые секреты художников в помощь начинающим любителям рисовать для понимания физических основ живописи.

  Во многих художественных школах систематизации знаний физических правил, законов, применяющихся в создании полотен, недостаточно. Изучение правил является одним из главных факторов успешной картины, поэтому эта работа послужит неким сбором базовой информации для понимания физики в написании картин.

Объект рассмотрения – живопись, предмет- использование в живописи законов и понятий оптики.

Цель работы: раскрыть связь между понятиями оптики и живопись, ознакомиться с примерами использования физических закономерностей в живописи.

Задачи проекта:

1. Познакомиться с теорией света и цвета.
2. Провести классический опыт Ньютона.
3. Провести эксперименты для объяснения цветообразования, видения в цвете.
4. Узнать, как глаза дают человеку цветовое восприятие.
5. Разобраться в стилистических направлениях в живописи неоимпрессионизма.

4. Строение глаза. Восприятие цвета глазом.

Благодаря зрению весь живой мир получает основную часть информации. Известно также, что мы можем видеть только те объекты, от которых в наш глаз поступает свет, излученный самим объектом или отраженный от него.

Рассмотрим кратко строение глаза. Наружная оболочка глаза — склера   сформирована из плотных соединительных волокон. Склера защищает глаз и обеспечивает его жесткость. В передней части глаза склера переходит в прозрачную роговицу. Роговица — оптически наиболее плотная среда глаза, она пропускает свет в глаз. За роговицей находится радужная оболочка, содержащая пигмент, который определяет цвет глаз. В центре радужной оболочки находится зрачок. Зрачок, сужаясь или расширяясь, дозирует количество световой энергии, попадающей в глаз. На свету зрачок сужается, в темноте зрачок расширяется, позволяя улавливать очень слабые световые пучки. За радужной оболочкой находится прозрачное эластичное тело — хрусталик, напоминающий по форме двояковыпуклую линзу. Усилиями специальных мышц хрусталик может увеличивать или уменьшать свою кривизну. Это увеличивает или уменьшает его оптическую силу. Полость между роговицей и хрусталиком заполнена прозрачной жидкостью — водянистой влагой. За хрусталиком почти вся область глаза заполнена стекловидным телом — это студенистая, прозрачная масса. Роговица, водянистая влага, хрусталик и стекловидное тело — все вместе составляют оптическую систему глаза. Внутренняя оболочка — сетчатка содержит слой зрительных клеток и несколько слоев нервных клеток. Именно здесь идет преобразование световой энергии, попавшей в глаз от предмета, в нервный импульс. Он передается в головной мозг, где и формируется зрительный образ. Итак, чтобы четко видеть предмет, необходимо, чтобы глаз сфокусировал лучи, идущие от предмета, на сетчатке. Мы хорошо видим, как близкие, так и далекие предметы. Водитель автомобиля четко видит цифры на спидометре, а в следующее мгновение так же хорошо — удаленный дорожный знак.

Во всех случаях попавший от предметов в глаз свет должен фокусироваться в одном

месте (на сетчатке).

Хрусталик глаза, изменяя свою форму, меняет оптическую силу системы. Это называется аккомодацией глаза. При приближении предмета хрусталик становится более выпуклым, его фокусное расстояние уменьшается так, чтобы изображение оказалось именно на сетчатке. При удалении предмета хрусталик вытягивается, фокусное расстояние увеличивается настолько, что изображение снова оказывается на

на сетчатке. Задняя часть склеры покрыта сетчаткой, состоящей из элементов, которые воспринимают световые лучи. В результате раздражения сетчатки возникают электрические импульсы, которые с помощью зрительного нерва передаются в мозг. В сетчатке есть особенные светоощущающие элементы, которые называют, в соответствии с их формой, палочками и колбочками. Общее количество палочек в сетчатке человеческого глаза достигает 130 миллионов, а колбочек - около 7 миллионов. Палочки являются органами черно-белого зрения, а колбочки - органами цветного зрения.      Лучи света, распространяясь от предмета, попадают в глаз, преломляются в роговице, хрусталике и стекловидном теле, вследствие чего на сетчатке формируется действительное уменьшенное и перевернутое изображение предмета.

       Светоощущающие элементы сетчатки превращают изображение в нервный импульс, который по зрительному нерву передается в головной мозг, где формируется изображение в неперевернутом виде. Известно, что глаз по устройству очень похож на фотоаппарат, в котором сетчатка играет роль светочувствительного слоя. Излучения

различного спектрального состава регистрируются нервными клетками сетчатки (рецепторами).

5.Световой спектр. Оптическое смешение цветов и смешение красок.

Рецепторы, обеспечивающие цветовое зрение, подразделяются на три типа. Каждый тип рецепторов по-разному поглощает излучение трех основных зон спектра — синей, зеленой и красной, т.е. обладает различной спектральной чувствительностью. Если на сетчатку глаза попадает излучение синей зоны, то оно будет воспринято только одним типом рецепторов, которые и передадут информацию о мощности этого излучения в мозг наблюдателя. В результате возникнет ощущение синего цвета. Аналогично будет протекать процесс и в случае попадания на сетчатку глаза излучений зеленой и красной зон спектра. При одновременном возбуждении рецепторов двух или трех типов будет возникать цветовое ощущение, зависящее от соотношения мощностей излучения различных зон спектра.

При одновременном возбуждении рецепторов, регистрирующих излучения, например, синей и зелёных зон спектра, может возникнуть световое ощущение, от темно-синего до желто-зеленого. Ощущение в большей степени синих оттенков цвета будет возникать, в случае большей мощности излучений синей зоны, а зеленых оттенков — в случае большей мощности излучения зеленой зоне спектра. Равные по мощности излучения синий и зеленый зоны вызовут ощущение голубого цвета, зеленый и красной зон — ощущение желтого цвета, красной и синей зон — ощущение пурпурного цвета. Голубой, пурпурный и желтый цвета называются в связи с этим двухзональными. Равные по мощности излучения всех трех зон спектра вызывают ощущение серого цвета различной светлоты, который превращается в белый цвет при достаточной мощности излучений.

Если разложить эти цвета в горизонтальную цветовую линию, то получим картинку цветового спектра, который способен увидеть глаз человека.

Считается, что основных цветов есть три, и все остальные цвета можно получить путем смешения основных при различном пропорциональном их соотношении.

     Оптическое смешение цветов основано на волновой природе света. Его можно получить при очень быстром вращении круга, сектора которого окрашены в необходимые цвета. Основные цвета в оптическом смешении – красный, зеленый и синий, остальные можно получить при различных вариантах их смешивания. Для того чтобы показать, какой цвет получится при сложении основных цветов, удобно воспользоваться цветовым треугольником. В его вершинах расположены основные цвета, на сторонах – цвета, полученные наложением соответствующих основных цветов; друг против друга – дополнительные цвета, при смешивании которых получается белый цвет (круг в центре треугольника). На эффекте сложения основных цветов, в результате которого можно получить любой цвет, основаны цветное кино и телевидение, фотография и печать, а также трехцветная теория зрения.

Основные цвета при механическом смешении цветов - смешение красок – красный, синий и желтый.

6. Колорит как одно из средств эмоциональных полотен.

Произведение изобразительного искусства всегда привлекает внимание зрителя, прежде всего цветовыми сочетаниями, цветовой гармонией. Цвет как музыка эстетически влияет на душу человека, вызывая богатейшую палитру эмоциональных переживаний. Разнообразие цветовых сочетаний в живописных картинах вызывает разный характер цветового восприятия: спокойный, напряжённый, радостный, тревожный, печальный, торжественный. Красота живописи возвышает эстетические чувства, вызывая волну эмоциональных переживаний, любовь к жизни и окружающему миру. На мой взгляд, это является главной задачей изобразительного искусства. Оптическим, электромагнитным и химическим процессам, происходящим в наших глазах и в сознании при наблюдении за цветом, соответствуют нередко параллельные процессы в психологической сфере человека. Переживания, обусловленные восприятием цвета, могут проникать глубоко в мозговые центры и определять эмоциональное и духовное восприятие. Гёте неслучайно говорил о чувственно-нравственном воздействии цвета.

Иоганнес Иттен, швейцарский художник, в своей книге «Искусство цвета» приводит пример. Один деловой человек организовал торжественный ужин. Входящих гостей в дом встречали доносившиеся из кухни изумительные запахи, и все приглашенные предвкушали ожидавшее их пиршество. Когда веселая компания разместилась вокруг стола, покрытого великолепно приготовленными яствами, хозяин осветил столовую красным светом. Мясо на тарелках окрасилось нежным розовым цветом и казалось аппетитным и свежим, но шпинат стал совершенно черным, а картофель ярко-красным. Не успели гости опомниться от удивления, как красный цвет перешел в синий, — жаркое приняло гнилостный оттенок, а картофель словно заплесневел. Все приглашенные сразу потеряли всякий аппетит. Но когда в дополнение ко всему этому хозяин включил желтый свет, превратив красное вино в постное масло, а гостей в живые трупы, несколько чувствительных дам встали и быстро покинули столовую. Никому не приходило и в голову думать о еде, хотя все присутствующие прекрасно знали, что все эти странные ощущения были вызваны только изменением цвета освещения. Хозяин, смеясь, вновь включил белый свет, и вскоре ко всем собравшимся вернулось веселое настроение.

На основе подобных житейских наблюдений, казалось бы, невозможно перейти к простым и точным умозаключениям о выразительности цвета. Желтые тени, фиолетовый свет, сине-зеленый огонь, красно-оранжевый лед — все это стоит в явном противоречии с нашим опытом и создает впечатление какой-то потусторонности. И только люди, умеющие глубоко и восхищенно реагировать, способны воспринимать, цвет и его сочетания абстрагировано.

На примере четырех времен года можно показать, что восприятие и переживание цвета может быть предопределено объективно, хотя каждый человек видит, чувствует и оценивает цвет по-своему. Суждение «приятный — неприятный» не может быть основой правильного и правдивого колористического решения. Более приемлемыми будут критерии, которые возникают в том случае, когда наши суждения относительно каждого отдельного цвета исходят из оценки общей цветовой гаммы. С позиции четырех времен года это означает, что для каждого из них нам следует находить те цвета в цветовом шаре, которые в целом ясно выражают его характер.

Весна, сияющее юностью и радостью пробуждение природы, обычно выражается красками, пронизанными светом. Это, конечно, желтый цвет как самый близкий к белому и желто-зеленый как высшая степень проявления желтого. Светло-розовые и светло-голубые цвета усиливают и обогащают это звучание, а жёлтый, розовый и лиловый воспринимаются как распускающихся почки.

Летом природа словно находит свое выражение в изобилии и пышности форм и силе цвета, достигает пластической полноты своей созидающей мощи. Теплые, насыщенные, активные цвета, которые находятся только в определенной части цветового круга, обладая особой силой и энергией, становятся главными для выражения цветовой интенсивности лета. При этом различные зеленые цвета усиливают здесь лишь оттенки красного, а синие — звучание дополнительного к ним оранжевого цвета.

Цвета осени резко контрастируют с весенними. Осенью зелень растений отмирает и приобретает коричневые и фиолетовые оттенки.

Для изображения зимы требуются цвета холодные, сияющие внутренней глубиной, прозрачные и одухотворенные.

Для понимания психологически духовной выразительности каждого цвета, свойственной только ему, необходимы сравнения. Чтобы избежать возможных ошибок, необходимо самым точным образом дать название цвета, определить его характер, который мы имеем в виду, а также цвет, с которым мы будем его сравнивать. Когда мы говорим — «красный цвет», необходимо иметь в виду, какой это красный, и по отношению к какому цвету возникла та или иная его характеристика. Желтовато-красный цвет, оранжево-красный — нечто совершенно иное, чем синевато-красный, а оранжево-красный на лимонно-желтом фоне опять-таки весьма сильно отличается от оранжево-красного на черном фоне или на лиловом фоне одинаковой с ним светлоты.

    Основу хроматической палитры художников составляют три краски: красная, желтая, синяя, причем смешивание красок дает совершенно иные результаты, чем смешивание света соответствующих цветов. Так, если смешать все три основные краски (желтая, красная, синяя), то получится черный, а не белый цвет, который образуется при сложении основных цветов света. Соединение основного цвета краски с дополнительным дает серый цвет, а не белый, как в аналогичном случае спектральных цветов. Однако на практике не бывает чистых красок, поэтому их смешивание дает разные отклонения от идеального случая.

    Если разместить спектральные цвета по окружности, то получится цветовой круг; цвета его фиолетово – голубой части называется холодными, а красно – желтой части называется теплыми.

    В живописном отношении эти цвета противоположны друг другу, их применение усиливает выразительность композиции. Детали картины теплого цвета, кажутся как бы выступающими вперед, а детали холодного цвета, напротив, - удаляющимися от зрителя. Это свойство красок учитывается живописцами, поскольку случайное, без учета особенностей восприятия теплых и холодных цветов размещение предметов на плоскости может исказить их воспроизводимое пространственное расположение.

Каждый цвет с его правым и левым соседом по кругу называют родственными или гармоническими; они усиливают цветность своей группы. Гармонические цвета хорошо

 сочетаются друг с другом в одежде, интерьере помещения.

    Цвета, лежащие в цветовом круге друг против друга, именуют контрастными. Помещенные рядом, они оттеняют, подчеркивают друг друга. Яркие контрастные цвета в одежде, в отделке дома дисгармонируют и часто не приятны для глаза. Но если уменьшить их интенсивность и значительно сократить площадь, занимаемую одним цветом по отношению к площади другого, то один цвет будет обогащать противоположный ему и создавать приятное сочетание.

    Цвет предметов зависит от рядом находящихся других цветов. Так, желтый лимон на синем фоне приобретает оранжевый оттенок. Эта закономерность называется цветовым контрастом.

   Если на цветном фоне находится предмет серого цвета, то он приобретет оттенок цвета, дополнительного к фону. Так, на красном фоне это будет зеленоватый оттенок, на желтом – синеватый, на зеленом – розоватый. Этим объясняется то, что тропинки в зеленом лесу кажутся нам красноватыми, а теневые участки морских волн – пурпурными.

В живописи для выделения, какого – либо предмета из фона создают контрастное окружение. Пользуясь цветовым контрастом, можно придавать тому или иному цвету любой нужный оттенок.

Чтобы добиться лучшего оттенка, используют различные способы освещения.

В световом потоке ламп накаливания преобладают теплые цвета, поэтому освещаемые ими объекты имеют желтый или оранжевый оттенок. При этом освещении желтые краски “ выбеливаются”, поскольку желтый свет, накладываясь на желтую поверхность, делает ее более светлой. В потоке ламп дневного света преобладают холодные тона.           Солнечный свет дает белое освещение. Однако со временем в нем больше желтого и красно-оранжевого цвета. Поэтому краски, которые не отражают лучи красно-оранжевой части спектра, заметно темнеют. Белые предметы, отражающие лучи всего спектра, приобретают вечером яркий закатный цвет.

    При слабом освещении предметов их цвет становится малонасыщенным: они тускнеют, сереют. Это наблюдается при вечернем сумеречном освещении – тогда предметы как бы растворяются в среде. А при освещении лунным светом они настолько утрачивают свою цветовую определенность, что выглядят как одноцветные, имеющие холодный серо – синеватый или зеленоватый оттенок.

8.Заключение

    В заключение своей работы хочу сказать, что я изучила сведения о световых явлениях, раскрыла связь между понятиями оптики и изобразительного искусство.

Делая вывод по своей работе, я хочу сказать снова и снова, что изобразительное искусство не отделимо от физики и ее закономерностей. Своей работой я подтверждаю, что все науки, как и процессы в природе, взаимосвязаны между собой.

Исследовательский проект показал, что живопись тесно связана с физикой. Опыт Ньютона продемонстрировал нам, как знание дисперсии помогает художникам более точно передать цвета. Круг Иттена наглядно показал, насколько цвета бывают разнообразны и все-таки как сложно смешать один и тот же цвет дважды. Расследование над эмоциональным восприятием показало, как на наше состояние влияют краски. «Цвет способен на все: он может успокоить и возбудить, он может создать гармонию или вызвать потрясение, от него можно ждать чудес, но он может вызвать и катастрофу» - Жак Вьено. Как говорил один известный ученый Пьеро Делла Франческо «Живопись – это не только искусство, но и целая наука».

9.Информационные источники

1. Глазунов А.Т., Кабардин О.Ф., Малинин А.Н. Физика: Учеб. Пособие для учащихся 11 кл. «Просвещение» 2007.
2. Грачев А.В., Погожев В.А., Салецкий А.М., Боков П.Ю. Физика: Учеб. Пособие для учащихся 11 кл.  2019.
3. Мякишев Г.Я. Физика: Учеб. Углубленный уровень. Пособие для учащихся 11 кл. «Дрофа» 2021.
4. Соколов И.И. Курс Физики: Учеб. Пособие для учащихся 10 кл. «Советские учебники» 2022.
5. https://colorscheme.ru/art-of-color/theory-of-color-expression.html
6. https://artrecept.com/zhivopis/stili/puantilizm
7. https://rosuchebnik.ru/material/fizika-v-iskusstve-7247/ 
8. https://colorscheme.ru/art-of-color/hue.html 
9. https://ppt-online.org/513086