2. Окраска предметов

Определения и обозначения

Белый свет — свет, в котором смешаны лучи разных цветов. Его можно разложить на отдельные цветные составляющие, например с помощью призмы. Это понятие помогает понять, почему обычный свет способен создавать много разных цветов.

Спектр — последовательность цветных полос, получаемая при разложении белого света. В нём выделяют красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, голубой, синий и фиолетовый цвета. Спектр показывает, из каких цветовых лучей состоит исходный свет.

Окраска предмета — цвет, который предмет имеет при определённом освещении. Он связан с тем, какие лучи тело отражает или пропускает, а какие поглощает. Поэтому окраска зависит не только от самого предмета, но и от падающего на него света.

Цветовой фильтр — прозрачное тело, пропускающее преимущественно свет определённого цвета и задерживающее остальные лучи. Например, красный фильтр пропускает главным образом красные лучи. Фильтр нужен, чтобы выделить из смешанного света нужную цветовую составляющую.

Как это устроено

Белый свет содержит лучи разных цветов, потому что источники вроде Солнца или белой лампы испускают не один вид световых лучей. В обычных условиях эти лучи идут вместе, и глаз воспринимает их смесь как белую. Призма отклоняет лучи разных цветов неодинаково, поэтому они расходятся и образуют видимый спектр.

Непрозрачный предмет не пропускает свет сквозь себя, но и не поглощает его полностью. Часть энергии падающих лучей возвращается от поверхности, то есть отражается, а другая часть поглощается веществом. Глаз видит отражённые лучи, поэтому воспринимаемый цвет определяется именно ими.

Белый предмет отражает лучи разных цветов примерно вместе, поэтому при белом освещении от него в глаз попадает смешанный свет. Чёрный предмет поглощает почти все падающие лучи и отражает их очень мало. Из-за этого в глаз поступает мало света, и поверхность кажется чёрной.

Прозрачное окрашенное тело действует иначе: свет может пройти через него, но не все цветовые лучи проходят одинаково хорошо. Например, красное стекло пропускает главным образом красные лучи, а значительную часть зелёных, синих и других задерживает или поглощает. Поэтому за стеклом предметы освещаются уже изменённым, окрашенным светом.

Цвет зависит от состава падающего света, потому что предмет может отражать или пропускать только те лучи, которые на него поступили. Красная поверхность при красном или белом освещении выглядит красной, но при одном зелёном свете может стать очень тёмной. Если нужных лучей нет, глаз не получает их от предмета и воспринимает его иначе.

Как предметы взаимодействуют со светом и почему выглядят окрашенными

Сначала определите, какой свет падает на предмет, а затем проследите судьбу каждого цвета: отражается он, проходит или поглощается. В последней строке таблицы особенно важно учитывать не привычную окраску предмета, а состав используемого освещения. До глаза доходят только те лучи, которые предмет смог отразить или пропустить.

Разбор задач

Белый лист освещают белым светом. Почему он кажется белым?

Белый свет содержит лучи многих цветов, а лист является непрозрачным предметом. Нужно выяснить, какие из падающих лучей он отражает и какие затем попадают в глаз. Цвет листа определяется не названием материала, а результатом этого взаимодействия.

1. На лист падают красные, оранжевые, жёлтые, зелёные, синие и другие лучи белого света.
2. Поверхность листа отражает значительную часть лучей разных цветов, а не только лучи одного цвета.
3. Отражённый смешанный свет попадает в глаза наблюдателя и воспринимается как белый.

Ответ: лист кажется белым, потому что при белом освещении он отражает лучи разных цветов. Их смесь достигает глаза и создаёт ощущение белого цвета.

Красный предмет освещают только зелёным светом. Каким он будет казаться?

При белом свете красный предмет выглядит красным, поскольку отражает главным образом красные лучи. В условии красных лучей нет: на предмет падает только зелёный свет. Значит, надо проверить, сможет ли он отразить доступный ему зелёный свет.

1. Выделяем состав падающего света: он содержит только зелёные лучи.
2. Красный предмет обычно отражает красные лучи, а зелёные в основном поглощает.
3. В глаз наблюдателя попадает очень мало отражённого света, поэтому предмет выглядит тёмным.

Ответ: красный предмет будет казаться почти чёрным или очень тёмным. Он не может отразить красный свет, потому что красного света в освещении нет.

Белый экран освещают белым светом через красный, а затем зелёный фильтр. Будет ли экран освещён?

Каждый фильтр пропускает не весь свет, а преимущественно лучи подходящего цвета. Поэтому нужно рассмотреть фильтры по порядку, не смешивая их действия. Результат работы первого фильтра становится входным светом для второго.

1. Белый свет проходит через красный фильтр, и дальше идут главным образом красные лучи.
2. На пути этих лучей находится зелёный фильтр, который пропускает зелёные лучи, но задерживает красные.
3. После второго фильтра остаётся крайне мало света, поэтому до экрана почти ничего не доходит.

Ответ: экран будет освещён очень слабо или практически не будет освещён. Красный фильтр оставляет красные лучи, а зелёный фильтр их задерживает.

Типичные ошибки

Предмет сам излучает свет своего цвета. Так считают, потому что в быту говорят, например, что рубашка красная. На деле обычный предмет виден благодаря отражённым или пропущенным лучам, поэтому нужно спросить, откуда взялся свет.

Красный предмет всегда выглядит красным. Ошибка возникает, если не учитывать источник освещения. Проверьте, есть ли в падающем свете красные лучи, которые предмет способен отразить.

Отражение и пропускание — одно и то же. Непрозрачное тело возвращает часть света от поверхности, а прозрачное тело может пропускать свет сквозь себя. Чтобы не ошибиться, определите, достигает ли свет глаза после возвращения от предмета или после прохождения через него.

Фильтр добавляет свой цвет к свету. На самом деле он не создаёт новый цвет, а задерживает одни лучи и пропускает другие. Проверка проста: перечислите цвета, пришедшие на фильтр, и оставьте только те, которые этот фильтр пропускает.

Связь с другими темами

До изучения окраски нужно знать, что свет распространяется от источника и может отражаться, поглощаться или проходить через прозрачные тела. Эти три варианта позволяют проследить путь света от источника до глаза. Без них невозможно объяснить, почему предмет становится видимым.

Тема связана с разложением белого света в спектр и работой призмы. Призма разделяет смешанные цветовые лучи, а спектр показывает их последовательность. Это помогает представить белый свет не как один простой цвет, а как смесь.

Дальше знания пригодятся при изучении световых фильтров, смешения цветных лучей и применений оптики. Фильтры используют в наблюдениях, фотографии, технике и защитных очках. Во всех случаях нужно учитывать, какие лучи проходят к глазу или прибору.

Что запомнить

• Белый свет состоит из лучей разных цветов.
• Цвет предмета связан с лучами, которые он отражает или пропускает.
• Белые предметы отражают лучи разных цветов.
• Чёрные предметы поглощают почти весь падающий свет.
• Прозрачный цветной фильтр преимущественно пропускает лучи определённого цвета.
• Окраска предмета зависит от освещения.