2. Окраска предметов

Определения и обозначения

Окраска предмета — цвет, который видит наблюдатель при освещении предмета. Она зависит от свойств самого предмета и от того, какой свет на него падает. Это определение помогает не приписывать предмету цвет независимо от условий: при другом освещении он может выглядеть иначе.

Избирательное отражение света — отражение предметом одних цветов сильнее, чем других. У непрозрачного тела именно отражённый свет попадает в глаз и определяет наблюдаемый цвет. Поэтому, чтобы объяснить окраску такого тела, нужно выяснить, какие составляющие падающего света оно отражает.

Избирательное поглощение света — поглощение предметом одних цветов сильнее, чем других. Поглощённая часть света не отражается к наблюдателю, а её энергия передаётся веществу. Это понятие объясняет, почему предмет может выглядеть тёмным и куда уходит свет, который он не отражает.

Светофильтр — прозрачное тело, которое преимущественно пропускает свет определённых цветов, а остальные в основном поглощает. Фильтр меняет состав проходящего света не добавлением нового цвета, а отбором составляющих. Это позволяет объяснить, почему белый свет за цветным фильтром выглядит окрашенным.

Как это устроено

Белый свет кажется единым, но в его составе есть лучи разных цветов. Если разложить его в спектр, составляющие можно увидеть отдельно; значит, при освещении предмета на него падает смесь цветов. Именно поэтому предмет может отражать одни части этой смеси и поглощать другие, а не просто «отражать белый свет» целиком.

Непрозрачное тело не пропускает свет насквозь, но обычно и не поглощает весь падающий поток. Часть света отражается, а часть поглощается веществом. Если отражение избирательное, составляющие, отражённые сильнее, достигают глаза и создают впечатление определённого цвета; поглощённые составляющие в формировании этого впечатления не участвуют.

Белые и чёрные предметы различаются тем, как они ведут себя с видимым светом. Белая поверхность отражает большую его часть, поэтому при белом освещении отражённые составляющие вместе воспринимаются как белый свет. Чёрная поверхность поглощает почти весь падающий свет, поэтому от неё к глазу возвращается мало света и она выглядит тёмной.

У прозрачного или полупрозрачного тела наблюдатель видит свет, прошедший сквозь него. Материал может пропускать одни составляющие и сильнее поглощать другие, поэтому прошедший свет отличается по составу от падающего. Например, если фильтр пропускает красную составляющую, за ним красный свет будет заметнее, чем поглощённые цвета.

Свойства предмета сами по себе не гарантируют, что глаз получит свет отражаемого им цвета: этот цвет должен присутствовать в освещении. Красный предмет под белым светом может отражать красную составляющую, но при освещении только зелёным почти нечего отражать в красной области. Большая часть зелёного света поглощается, поэтому предмет выглядит тёмным.

Как свойства предмета определяют наблюдаемый цвет

Сначала определите, отражённый или прошедший свет рассматривается: это зависит от того, непрозрачно тело или прозрачно. Затем сравните состав падающего света с теми цветами, которые тело отражает или пропускает. Таблица помогает не спутать видимый цвет с составляющими, поглощёнными веществом.

Разбор задач

Задача 1. На красную и белую бумагу направили белый свет. Объясните, почему бумага выглядит по-разному. Нужно сравнить не цвета падающего света — он для обоих листов одинаков, — а то, какую его часть каждый лист отражает.

1. Белый свет содержит составляющие разных цветов.
2. Красная бумага отражает красную составляющую сильнее, а значительную часть остальных поглощает. Поэтому к наблюдателю от неё приходит преимущественно красный свет.
3. Белая бумага отражает большую часть видимых составляющих. Их смесь воспринимается глазом как белый свет.

Ответ: красная бумага выглядит красной, а белая — белой, потому что они по-разному отражают составляющие белого света.

Задача 2. Красный предмет освещают только зелёным светом. Как он будет выглядеть и почему? Здесь нельзя рассуждать только по привычному цвету предмета: сначала учитывают свет источника, а затем — способность тела отражать его составляющие.

1. При освещении только зелёным светом на предмет падает зелёная составляющая, а красной почти нет.
2. Красный предмет сильнее отражает красный свет, но отражать отсутствующую красную составляющую он не может.
3. Зелёный свет предмет отражает слабо и в основном поглощает, поэтому к глазу возвращается мало света.

Ответ: предмет будет выглядеть тёмным, возможно почти чёрным. Причина не в том, что он стал другим, а в том, что освещение не содержит цвета, который он хорошо отражает.

Задача 3. Белый свет проходит через два светофильтра: первый пропускает красный свет, второй — зелёный. Определите, какой свет выйдет из системы, и обоснуйте ответ. Фильтры расположены последовательно, поэтому второй получает уже не исходный белый свет, а свет, прошедший через первый.

1. Первый фильтр пропускает преимущественно красную составляющую белого света и поглощает остальные.
2. Ко второму фильтру приходит красный свет, а не белый свет с полным набором цветов.
3. Второй фильтр пропускает преимущественно зелёную составляющую, но красного света почти не пропускает. Поглощённый первым фильтром зелёный свет уже не может пройти через второй.

Ответ: заметного света из системы практически не выйдет. У первого и второго фильтров нет общей пропускаемой составляющей: красный свет, прошедший первый фильтр, поглощается вторым.

Типичные ошибки

Ошибка — считать, что цвет предмета всегда один и тот же. Так думают, если учитывают свойства поверхности, но забывают, что источник задаёт состав падающего света. Для проверки спросите себя, есть ли в освещении цвет, который предмет способен хорошо отражать или пропускать.

Ошибка — путать отражённый свет с поглощённым. Поглощённые составляющие не возвращаются от предмета к наблюдателю, поэтому сами по себе не задают его видимый цвет. Проверка простая: проследите, какой именно свет может попасть в глаз — отражённый от непрозрачного тела или прошедший через прозрачное.

Ошибка — считать, что красный предмет сам излучает красный свет. Обычно его окраска объясняется тем, что он отражает красную составляющую падающего света, а не создаёт её. Чтобы проверить объяснение, измените мысленно освещение: без красной составляющей красный предмет может выглядеть тёмным.

Ошибка — думать, что светофильтр добавляет цвет проходящему свету. Фильтр не создаёт красную или зелёную составляющую, а преимущественно пропускает одни цвета и поглощает другие. Проверяя рассуждение, проследите путь света: через фильтр могут пройти только те составляющие, которые были в падающем свете и не поглотились.

Связь с другими темами

Для понимания окраски нужно знать, что белый свет состоит из лучей разных цветов и может быть разложен в спектр. Тема также опирается на представления об отражении и поглощении света, а для прозрачных тел — о прохождении света через вещество. Знание принципа работы светофильтров пригодится при изучении спектров, оптических приборов и их применения.

Что запомнить

• Цвет предмета определяется светом, который от него попадает в глаз.
• Цвет непрозрачного предмета зависит от того, какие составляющие падающего света он отражает.
• Поглощённые составляющие не определяют наблюдаемый цвет предмета.
• Белый предмет отражает большую часть видимого света, чёрный поглощает почти весь падающий свет.
• Цвет прозрачного тела определяется составляющими света, прошедшими сквозь него.
• Один и тот же предмет может выглядеть по-разному при разном освещении.