§ 64. Цвета тел

Определения и обозначения

Цвет тела — цвет света, который тело отражает или пропускает и который попадает в глаз наблюдателя. Непрозрачное тело отражает часть падающего света, а прозрачное может пропускать его через себя. Поэтому цвет, который мы видим, связан со светом, дошедшим от тела до глаза. Это определение помогает не путать цвет предмета с его собственным свечением.

Белое тело — тело, которое примерно одинаково хорошо отражает свет разных цветов. Когда на него падает белый свет, в глаз возвращается свет, состоящий из разных цветов, и тело кажется белым. Белая поверхность может отражать не весь свет, но её отражение не выделяет заметно какой-то один цвет. Это объясняет, почему белые предметы обычно видны при освещении разными источниками.

Чёрное тело в школьных примерах — тело, которое поглощает большую часть падающего на него видимого света. Оно отражает очень мало света, поэтому от него в глаз приходит мало световых лучей. Из-за этого тело кажется чёрным или очень тёмным. Такое определение помогает понять, почему чёрные поверхности сильнее нагреваются на солнце.

Световой фильтр — прозрачное тело, которое преимущественно пропускает свет определённых цветов. Остальные цвета оно задерживает или пропускает гораздо хуже. Например, красный фильтр пропускает главным образом красный свет. Это понятие нужно, чтобы описывать, как можно изменить цвет света, не отражая его от непрозрачного предмета.

Как это устроено

Белый свет состоит из световых лучей разных цветов. Когда он падает на тело, каждый цвет может взаимодействовать с ним по-своему: часть лучей отражается, часть поглощается, а у прозрачного тела часть может пройти насквозь. Причина различий — свойства материала и его поверхности. Поэтому один и тот же белый свет после взаимодействия с разными предметами изменяется по-разному.

Непрозрачное тело выглядит окрашенным, если отражает преимущественно свет некоторых цветов. Отражённые лучи попадают в глаз, и именно их цвет мы воспринимаем как цвет предмета. Другие составляющие падающего света материал поглощает сильнее, поэтому они почти не участвуют в формировании видимого цвета. Например, красная поверхность при белом освещении отражает главным образом красный свет и поглощает значительную часть остальных цветов.

Внешний вид предмета зависит от освещения, потому что тело не может отразить цвет, которого нет в падающем свете. Красная поверхность, освещённая только зелёным светом, почти не отправит зелёные лучи в глаз: она в основном поглотит их. Поэтому предмет станет тёмным, хотя его свойства не изменились. При другом источнике света в отражённом потоке могут появиться красные лучи, и предмет снова будет выглядеть красным.

Прозрачное окрашенное тело кажется цветным по другой причине: оно преимущественно пропускает некоторые цвета, а остальные задерживает. Прошедший свет сохраняет главным образом те цвета, которые фильтр пропускает лучше. Например, красный фильтр из белого света выделяет преимущественно красную составляющую. Поэтому на выходе свет выглядит красным, хотя фильтр не отражает его к наблюдателю как непрозрачная поверхность.

Глаз воспринимает не материал сам по себе, а свет, который от него пришёл. У непрозрачного предмета этот свет отражённый, а у прозрачного фильтра — прошедший через него. На его состав влияют сразу два условия: какие цвета тело отражает или пропускает и какие цвета были в освещении. Поэтому один и тот же предмет при разных источниках света может выглядеть по-разному.

Как тела взаимодействуют со светом и выглядят при освещении белым светом

Сравнивайте строки по тому, что тело делает с падающим светом: отражает, поглощает или пропускает его. В таблице описаны типичные случаи при освещении белым светом, содержащим разные цвета. Если источник света другой, вид тела может измениться, потому что изменится состав падающих лучей.

Разбор задач

На белый лист и красный предмет направили белый свет. Какого цвета они будут казаться?

Сначала выясним, какие цвета содержит освещение: белый свет состоит из лучей разных цветов. Затем отдельно рассмотрим отражение от каждого предмета. Так мы сможем связать видимый цвет не только с названием предмета, но и с тем, какие лучи от него попадают в глаз.

1. Белый лист отражает свет разных цветов примерно одинаково хорошо. Поэтому в глаз от листа попадают лучи разных цветов, и лист кажется белым.
2. Красный предмет преимущественно отражает красный свет. Большую часть остальных составляющих белого света он поглощает, поэтому в глаз приходит главным образом красный свет.

Ответ: белый лист будет казаться белым, а красный предмет — красным. Такой вывод верен при условии, что освещение действительно содержит белый свет. Если заменить источник, внешний вид предметов может измениться.

Красный предмет освещают только зелёным светом. Как он будет выглядеть?

Необходимо сопоставить цвет освещения со свойствами предмета. Красная поверхность преимущественно отражает красные лучи, но падающий на неё свет в условии только зелёный. Значит, нужно выяснить, сможет ли предмет отправить в глаз достаточно света, чтобы выглядеть красным.

1. В освещении нет красных лучей, которые предмет обычно преимущественно отражает.
2. Зелёные лучи красный предмет в основном поглощает и отражает очень мало.
3. До глаза от предмета дойдёт мало света, поэтому он будет выглядеть тёмным.

Ответ: красный предмет будет казаться тёмным, возможно почти чёрным. Это не означает, что он стал другим предметом или изменил свои свойства. Изменился источник света, и предмету нечего отражать в привычном красном цвете.

Белый свет проходит через красный фильтр, а затем освещает белый экран. Какого цвета будет экран?

Здесь свет взаимодействует сначала с фильтром, а затем с экраном. Нужно проследить путь лучей по порядку: сначала определить, какие цвета пройдут через фильтр, а потом — что сделает с ними белая поверхность. Так становится ясно, какой свет попадёт от экрана к наблюдателю.

1. Белый свет содержит лучи разных цветов.
2. Красный фильтр преимущественно пропускает красный свет, а остальные цвета задерживает сильнее. Поэтому за фильтром свет будет главным образом красным.
3. Белый экран отражает падающий на него свет разных цветов, которые на него попали. В данном случае он отражает преимущественно красный свет к наблюдателю.

Ответ: белый экран будет казаться красным. Сам экран остаётся белым, но его цвет в этой ситуации определяется светом после фильтра. Если убрать фильтр и снова направить на экран белый свет, он будет выглядеть белым.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что предмет сам испускает свет своего цвета. Такое представление возникает потому, что мы связываем предмет с привычным цветом, но обычно видим отражённый или прошедший свет. Проверьте себя: если в темноте на предмет не направлен свет, обычный предмет не будет виден как светящийся. Исключение — источники света, которые действительно излучают свет сами.

Ошибка: думать, что цвет предмета не меняется при любом освещении. Привычный цвет заметен, когда источник содержит подходящие лучи, которые предмет способен отразить. Без таких лучей отражённого света будет мало, и предмет может стать тёмным. Проверка простая: выясните, есть ли в освещении свет нужного цвета.

Ошибка: считать белый предмет источником белого света. Белая поверхность не создаёт свет, а отражает падающие на неё лучи разных цветов. Ошибку легко заметить, если убрать освещение: предмет не продолжит светиться белым. Чтобы проверить объяснение, проследите, откуда пришёл свет и что с ним сделала поверхность.

Ошибка: путать отражение окрашенным непрозрачным телом с пропусканием через окрашенное прозрачное тело. Оба тела могут выглядеть цветными, поэтому их действие легко смешать. Непрозрачное тело возвращает к наблюдателю преимущественно некоторые лучи, а фильтр пропускает их сквозь себя. Проверяйте, где находится наблюдатель: перед отражающей поверхностью или за прозрачным телом.

Связь с другими темами

Чтобы разобраться в цвете тела, нужно знать, что свет распространяется от источника и может отражаться от предметов. Эта тема связана с разложением белого света на цвета и наблюдением спектра: так становится понятно, что белый свет не является светом только одного цвета. Знание о цвете света пригодится при изучении оптических приборов и фильтров. Оно также помогает понять, как изменяется свет при взаимодействии с разными материалами.

Что запомнить

• Цвет тела зависит от света, попавшего от него в глаз.
• Непрозрачное тело отражает часть падающего света и поглощает остальную.
• Белое тело отражает свет разных цветов.
• Чёрное тело поглощает большую часть падающего видимого света.
• Окрашенное тело преимущественно отражает или пропускает свет некоторых цветов.
• Цвет тела может выглядеть иначе при изменении освещения.
• Фильтр преимущественно пропускает свет определённых цветов.