Что такое цвет с точки зрения физики?
статья по физике (9 класс)

Что такое цвет с точки зрения физики?

Природа подарила человеку радость цветового восприятия: мы видим всё окружающее в многообразии цветов и оттенков и даже не задумываемся о том, что может быть иначе.

Учёные утверждают, что многие животные не различают цветов или видят их не так, как люди. Но что такое цвет с точки зрения физики? Вопрос не такой уж простой, как кажется на первый взгляд.

Что такое цвет в физике?

С точки зрения физики разные цвета предметов не существуют сами по себе. Они ощущаются нами лишь благодаря различным длинам отражаемых и поглощаемых поверхностями волн электромагнитного излучения в диапазоне видимого света. Каждому цвету спектра соответствует свой диапазон частот, но лишь восприятие наших зрительных органов и преобразование зрительных импульсов мозгом создаёт яркую цветную картинку.

При падении на предмет белого светового луча большинство из составляющих его световых волн поглощается поверхностью, и лишь некоторая часть, находящаяся в определённом диапазоне, отражается. Световые волны этого диапазона мы и воспринимаем как цвет, присущий предмету. Фактически цвет у предметов появляется только при попадании на них света.

Вспомним народную поговорку: «Ночью все кошки серы». Когда света недостаточно, глаз не может выделить в отражаемых волнах цветовые диапазоны, и все предметы кажутся серыми либо чёрными.

Нюансы терминологии

Если говорить о цветах с точки зрения физики, то речь идёт об электромагнитных волнах, длина которых лежит в интервале от 0,1 Ангстрем до примерно 105 Ангстрем. Этот диапазон воспринимается нашими органами зрения и является тем, что мы называем видимым светом.

Однако в научно-популярной, а порой и в научной литературе речь нередко идёт именно о цветах и цветовом восприятии монохроматического либо узкополосного электромагнитного излучения в вышеуказанном диапазоне. При этом обсуждается, как правило, не проблема цветовосприятия, а свойства, присущие электромагнитному излучению, независимо от того, как оно воспринимается нашими органами зрения.

Разница между видимой и невидимыми частями полного спектра электромагнитных волн является в основном количественной, а не качественной. Видимое излучение с длиной волн в диапазоне от 400 до 700 нм по своим характеристикам мало отличается от теплового излучения, длины волн которого лежат в диапазоне от 1000 до 2000 нм, однако первое воспринимается нами как свет, а второе – как тепло.

На практике существуют такие области физики, как оптика, изучающая в основном свойства видимого диапазона излучения, и тепловая энергетика, предметом изучения которой является преимущественно тепловой диапазон электромагнитных волн.

Невидимые цвета

Мы способны воспринимать электромагнитные волны, длины которых распределяются между 380 нм (соответствует глубокому фиолетовому цвету) и 730 нм (соответствует красному цвету). Но с обеих сторон этого диапазона существуют излучения, которые глаз человека не воспринимает.

Волны короче 380 нм мы называем ультрафиолетовыми, а длиннее 730 нм – инфракрасными. Ультрафиолетовое излучение могут воспринимать многие насекомые и некоторые животные – например, летучие мыши. Иногда люди тоже могут видеть более широкую спектральную картину благодаря особенностям своих зрительных органов.

Существуют электромагнитные волны, более короткие, чем ультрафиолетовые – это рентгеновское и гамма-излучение. Как известно, даже ультрафиолет в больших дозах вреден для человека. Излучение, длина волны которого меньше 100 нм, в больших дозах является смертельно опасным. В природной среде мы надёжно защищены от этих волн, поступающим к нам из космоса, экранирующим озоновым слоем.

Волны, длина которых превышает 2000 нм, т.е. лежит за пределами теплового инфракрасного диапазона, называют радиоволнами. Их длина может колебаться от нескольких миллиметров до сотен и тысяч километров. Короткие радиоволны используются в мобильной телефонной связи, в бытовых микроволновых печах и других приборах. Благодаря использованию длинных волн функционирует радиосвязь.

Цветовосприятие и дальтонизм

Итак, цвета – это отражённое излучение электромагнитных волн, лежащих в очень узком диапазоне длин. Есть люди, у которых нарушен нормальный механизм цветовосприятия. Их называют дальтониками, и они по каким-то причинам не могут видеть часть обычного видимого спектра.

Восприятие цветов сдвинуто у них либо в сторону красной части спектра (ухудшено восприятие фиолетового и синего), ибо в сторону синей части (ухудшено восприятие красного цвета). Дальтонизм может быть наследственным либо возникает из-за травмы сетчатки глаза, возрастных изменений или болезни.