Przeskocz do treści

Delta mi!

Loading

Laboratorium w domu

Nowości z przeszłości

Oko i barwa

Jan Gaj

o artykule ...

  • Publikacja w Delcie: styczeń 1976
  • Publikacja elektroniczna: 9 czerwca 2016
  • Autor: Jan Gaj
    Notka biograficzna: Jan Gaj (1943 - 2011) - fizyk, Przewodniczący Komitetu Redakcyjnego i wieloletni współpracownik Delty.
obrazek

Każdy z nas miał z pewnością okazję przekonać się, że białe światło słoneczne można rozdzielić na wszystkie kolory tęczy. Ile ich jest?

Najczęściej wymienia się sześć lub siedem; gdyby liczyć wszystkie odcienie - byłoby ich okropnie dużo. Naturalne jest pytanie, czy wszystkie te kolory są niezależne, czy też niektóre z nich można otrzymać mieszając inne w określonych proporcjach. Odpowiedź jest powszechnie znana: przez mieszanie można z trzech odpowiednio wybranych barw podstawowych otrzymać wszystkie inne. Zasadę tę wykorzystuje się w kolorowej fotografii, druku i telewizji. Można sobie wyobrazić jak strasznie te dziedziny techniki musiałyby być skomplikowane, gdyby nasze oczy nie dawały się tak oszukiwać. Żeby sobie uświadomić, dlaczego nie potrafimy odróżnić np. czystej widmowo barwy pomarańczowej od mieszaniny barw żółtej i czerwonej, musimy sobie przypomnieć

Jak oko odbiera barwy?

Przede wszystkim możliwe jest to tylko przy odpowiednio dużym natężeniu światła. Najczulsze receptory siatkówki oka - pręciki - nie rozróżniają bowiem barw. Przy silniejszym oświetleniu zaczynają działać czopki.

obrazek

Rys. 1 Rozkłady widmowe czułości trzech rodzajów receptorów barwnych oka (wedlug Encyklopedii Fizyki)

Rys. 1 Rozkłady widmowe czułości trzech rodzajów receptorów barwnych oka (wedlug Encyklopedii Fizyki)

Posiadają one trzy rodzaje odbiorników światła o różnych widmowych rozkładach czułości (Rys. 1). Światło barwne wpadające do oka wytwarza więc w czopkach trzy sygnały. W zależności od barwy światła będą one pozostawać w różnych proporcjach. Widać teraz dlaczego człowiek nie jest w stanie przeprowadzić okiem pełnej analizy widmowej - otrzymuje trzy sygnały, a zbioru wszystkich możliwych trójek liczb (przestrzeni trójwymiarowej euklidesowej) nie można przekształcić homeomorficznie na zbiór wszystkich rozkładów widmowych. Już przy mieszaninie czterech składników nie dałoby się określić, ile każdego z nich składa się na określoną barwę - taką samą dla oka barwę można by realizować mieszając je w różnych proporcjach. Dla ścisłości należy dodać, że wbrew temu, co powiedziałem na wstępie, nie da się dobrać takich trzech barw podstawowych, które pozwalałyby na otrzymanie wszystkich możliwych barw - wynika to z nakładania się trzech krzywych z Rys. 1. Do celów praktycznych trzy barwy podstawowe w zupełności jednak wystarczają.

obrazek
obrazek

Rys. 2 Wykonanie bączka do mieszania barw

Rys. 2 Wykonanie bączka do mieszania barw

Ponieważ maksima czułości trzech rodzajów odbiorników wypadają dla światła niebieskiego, zielonego i czerwonego, rozsądne wydaje się przyjęcie tych trzech barw jako podstawowych. Jakie to daje wyniki? Spróbujmy sami, a przekonamy się. Na rysunku obok znajduje się szereg krążków podzielonych na sektory o barwach podstawowych (nr 1-5). Wycinając je i przekłuwając szpilkami można zrobić z nich małe bączki (Rys. 2). Kręcąc nimi możemy mieszać barwy namalowane na krążkach - zobaczycie co wyjdzie. O ile druk odda zadowalająco oryginalne kolory, piąty krążek da barwę zbliżoną do białej. Żebyście nie popadli w samozadowolenie - dwie zagadki:

  • Myślicie, że krążek nr 6 z barwami żółtą i niebieską da zieloną? Zobaczcie co wyjdzie.
  • Krążek nr 7 jest czarno-biały. Jeśli zakręcicie nim, to wpatrując się uważnie zobaczycie kolor na jednym z ciemniejszych pierścieni. Kręcąc w stronę przeciwną - zobaczycie kolor na drugim z nich.

Uprzedzam, że nie wiem, skąd się te barwy biorą. Co do krążka nr 6 proponuję zainteresowanym zajrzeć do Encyklopedii Fizyki lub podręcznika Feynmana. Znajdą tam szereg ciekawych rzeczy o widzeniu barwnym, a wśród nich informacje potrzebne do rozwiązania tej zagadki. Poświęciliśmy tyle uwagi czopkom z siatkówki oka, że każdy spyta:

A pręciki?

Przy silnym oświetleniu są nieczynne. Znajdujący się w nich barwnik - purpura wzrokowa - rozkłada się bowiem pod wpływem światła. Dopiero po jakimś czasie przebywania po ciemku barwnik się regeneruje - wzrok przyzwyczaja się do ciemności.

obrazek

Rys. 3 Rozkłady widmowe czułości widzenia (według Feynmana):
a - dziennego (czopki),
b - zmierzchowego (pręciki)

Rys. 3 Rozkłady widmowe czułości widzenia (według Feynmana):
a - dziennego (czopki),
b - zmierzchowego (pręciki)

Proponuję Wam zbadanie własności pręcików w następujący sposób: Wytnijcie z okładki prostokąty o różnych kolorach i postarajcie się ułożyć je według jasności. Zapiszcie kolejność. Następnie połóżcie je na stole i zaciemnijcie pomieszczenie. Musi być tak ciemno, żebyście w pierwszej chwili zupełnie nic nie widzieli. Po pewnym czasie (15-30 min) zaczniecie rozróżniać kontury przedmiotów w pokoju. To pręciki zaczynają działać (jeżeli przedobrzyliście z zaciemnieniem i nic nie widać, musicie trochę je "zepsuć"). Teraz ułóżcie kolorowe prostokąciki według jasności i zapalcie światło. Na pewno będziecie zdziwieni: kolejność będzie się znacznie różnić. Wynika to stąd, że maksimum czułości widmowej pręcików jest przesunięte w stronę fal krótkich (kolor niebieski) w porównaniu z wypadkową czułością czopków (Rys. 3). Czy potraficie powiedzieć dlaczego?