Видимий спектр: довжини хвиль і кольори

Людське око бачить кольори в діапазоні хвиль приблизно від 400 нанометрів (фіолетовий) до 700 нанометрів (червоний). Світло від 400–700 нанометрів (нм) називається видимим світлом або видимим спектром, оскільки люди можуть його бачити. Світло за межами цього діапазону може бути видимим для інших організмів, але не може бути сприйнятим людським оком. Кольори світла, які відповідають вузьким діапазонам довжин хвиль (монохроматичне світло), є чистими спектральними кольорами, вивченими за допомогою абревіатури ROYGBIV: червоний, оранжевий, жовтий, зелений, синій, індиго та фіолетовий.

Довжини хвиль видимого світла

Tetra Images / Getty Images

Деякі люди можуть бачити далі в ультрафіолетовому та інфрачервоному діапазонах, ніж інші, тому межі «видимого світла» червоного та фіолетового не чітко визначені. Крім того, добре бачення в один кінець спектра не обов’язково означає, що ви добре бачите в інший кінець спектра. Ви можете перевірити себе за допомогою призми та аркуша паперу. Пропустіть яскраве біле світло через призму, щоб створити веселку на папері. Позначте краї та порівняйте розмір вашої веселки з розміром інших.

Довжини хвиль видимого світла:

• Фіолетовий : 380–450 нм (частота 688–789 ТГц)
• Синій : 450–495 нм
• Зелений : 495–570 нм
• Жовтий : 570–590 нм
• Помаранчевий : 590–620 нм
• Червоний : 620–750 нм (частота 400–484 ТГц)

Фіолетове світло має найкоротшу довжину хвилі , що означає, що воно має найвищу частоту та енергію . Червоний колір має найдовшу довжину хвилі, найкоротшу частоту та найменшу енергію.

Особливий випадок індиго

Індиго не має довжини хвилі. Якщо вам потрібна цифра, то вона становить близько 445 нанометрів, але вона не відображається на більшості спектрів. Для цього є причина. Англійський математик Ісаак Ньютон (1643–1727) ввів слово спектр (лат. «зовнішній вигляд») у своїй книзі «Оптика» 1671 року. Він розділив спектр на сім частин — червоний, помаранчевий, жовтий, зелений, синій, індиго та фіолетовий — відповідно до грецьких софістів, щоб пов’язати кольори з днями тижня, музичними нотами та відомими об’єктами сонячного світла. система.

Отже, спочатку спектр був описаний із семи кольорів, але більшість людей, навіть якщо вони добре бачать колір, насправді не можуть відрізнити індиго від синього чи фіолетового. Сучасний спектр зазвичай опускає індиго. Насправді є докази того, що поділ Ньютона на спектр навіть не відповідає кольорам, які ми визначаємо довжинами хвиль. Наприклад, індиго Ньютона є сучасним синім, тоді як його синій відповідає кольору, який ми називаємо блакитним. Твій синій такий самий, як мій? Можливо, але може бути не таким, як у Ньютона.

Кольори, які бачать люди, яких немає в спектрі

Видимий спектр не охоплює всі кольори, які сприймає людина, оскільки мозок також сприймає ненасичені кольори (наприклад, рожевий є ненасиченою формою червоного) і кольори, які є сумішшю довжин хвиль (наприклад, пурпуровий ). Змішування кольорів на палітрі створює відтінки та відтінки, які не вважаються спектральними кольорами.

Кольори, які бачать лише тварини

Bloomberg Creative Photos / Getty Images

Те, що люди не можуть бачити за межами видимого спектру, не означає, що тварини мають такі ж обмеження. Бджоли та інші комахи можуть бачити ультрафіолетове світло, яке зазвичай відбивають квіти. Птахи можуть бачити в ультрафіолетовому діапазоні (300–400 нм) і мають оперення, видиме в УФ.

Люди бачать далі в червоний діапазон, ніж більшість тварин. Бджоли можуть бачити колір приблизно до 590 нм, тобто перед помаранчевим. Птахи можуть бачити червоний колір, але не так далеко в інфрачервоному діапазоні, як люди.

Деякі люди вважають, що золота рибка – єдина тварина, яка може бачити як інфрачервоне, так і ультрафіолетове світло, але ця думка невірна. Золота рибка не бачить інфрачервоне світло.

§ 44. Особливості функціонування ока людини. Гігієна зору

Які особливості функціонування зорової сенсорної системи людини? Взаємодія різних складових зорової сенсорної системи дає змогу людині спостерігати цілісну й безперервну картину довколишнього світу. Ця картина виникає з окремих зображень, які послідовно змінюють одне одного на сітківці правого й лівого ока.

Рухи правого й лівого ока в той час відбуваються узгоджено. Вони контролюються з боку окорухових центрів стовбура головного мозку, розташованих у ділянці моста й середнього мозку. Людині притаманний так званий бінокулярний зір, оскільки поля зору правого й лівого ока перекриваються. Завдяки цьому ми сприймаємо об’ємне зображення предметів, а також можемо точніше визначати відстань до них.

Сонячні промені – найголовніше джерело світла на нашій планеті – мають різну довжину хвиль. Людина може сприймати промені світла з довжиною хвиль від 400 до 750 нм 1 . Довгохвильові компоненти сонячного спектра ми сприймаємо як червоний колір, а короткохвильові – як синьо-фіолетовий. Між ними в певному порядку розташовані й інші кольори: блакитний, блакитно-зелений, зелений, жовтий, оранжевий. Таке розташування різних кольорів називають світловим спектром. Так, веселка, що утворюється на небі після дощу, – це розкладене на окремі компоненти сонячне світло.

1 Нанометр (скорочено – нм) дорівнює одній мільярдній частці метра. Промені, довжина хвилі яких коротша за 400 нм, називають ультрафіолетовими, а з довжиною хвилі понад 750 нм – інфрачервоними. Такі хвилі око людини не сприймає.

Тіла, які нас оточують, здатні частину світлових променів поглинати, а частину – відбивати. Око людини сприймає лише ті кольори, які відбиваються від їхньої поверхні. Якщо тіло відбиває всі хвилі світлового спектра, ми бачимо його білим, а якщо поглинає всі хвилі – чорним.

Перед тим як потрапити на світлочутливі рецептори сітківки, промені світла проходять через оптичну систему ока: рогівку, передню та задню камери ока, заповнені рідиною, кришталик, склисте тіло. При цьому вони заломлюються таким чином, що на сітківці утворюється зменшене та перевернуте зображення предмета, який ми спостерігаємо (мал. 156). Унаслідок аналізу в корі головного мозку інформації, що надходить не тільки від зорового органа, а й від інших органів чуття (слуху, нюху та ін.), людина сприймає предмети в їхньому природному положенні.

Мал. 156. Утворення зображення на сітківці ока. Завдання. Поясніть, чому зображення на сітківці виявляється зменшеним і перевернутим

Людина не здатна однаково чітко бачити предмети, розташовані на різній відстані. Для того щоб добре бачити певний предмет, промені, які від нього відбиваються, мають зібратися на сітківці. Війковий м’яз, який сполучається з капсулою, що містить кришталик, змінює ступінь її натягу. Коли капсула натягується, кришталик стає плоскішим. Коли капсула розслаблюється, кришталик унаслідок своєї еластичності набуває опуклої форми (мал. 157).

Властивість оптичної системи ока створювати чітке зображення предметів, розташованих на різній відстані, має назву акомодація.

Мал. 157. Акомодація ока: розглядання віддалених (І) і близько розташованих (II) предметів; 1 – кришталик; 2 – схема сходження променів. Завдання. Поясніть, яким стає кришталик під час розглядання віддалених і близько розташованих предметів

Найменша відстань від ока, з якої зображення ще сприймається чітко, дістала назву найближча точка ясного бачення. Для дітей і підлітків у нормі вона становить 7-10 см, але з віком, коли кришталик втрачає еластичність і гнучкість, вона зменшується.

Лабораторне дослідження

Визначення акомодації ока (роботу виконують парами)

Обладнання: аркуш паперу з отвором і літерами різних розмірів навколо нього.

1. Один учень (експериментатор) чітко пише на дошці текст.

2. Потім він тримає на відстані 10-15 см від очей другого учня (піддослідного) аркуш білого паперу з отвором у ньому та літерами по його радіусу так, щоб їх було чітко видно, а через отвір у папері можна було читати написаний на дошці текст.

3. Піддослідний читає напис на дошці через отвір у папері одним оком, прикривши друге. Потім він переводить свій погляд на літери, написані навколо отвору на аркуші паперу.

4. Зробіть висновки, відповівши на запитання: Якими здаються літери навколо отвору на папері та на дошці?

Промені, які пройшли крізь оптичну систему ока, потрапляють на сітківку, до складу якої входять фоторецептори. Ми вже згадували, що колбочки забезпечують денний і колірний зір, а палички – сутінковий та нічний.

Цікаво знати

Здатність ока бачити предмети за освітлення різної інтенсивності називають світловою акомодацією. Наприклад, коли ви з яскраво освітленого приміщення потрапляєте в темне, то спершу майже нічого не бачите. Але згодом око поступово починає звикати і вже може сприймати спочатку контури предметів, а потім – їхні деталі. Аналогічні процеси спостерігають і тоді, коли людина з темряви потрапляє в яскраво освітлене приміщення. Спочатку вона нічого не бачить, засліплена й вимушена заплющувати очі. Але поступово нормальний зір відновлюється.

Мал. 158. Шлях проходження нервового імпульсу від сітківки в зорову зону кори великих півкуль

Зорова інформація від рецепторних клітин сітківки зоровими нервами через середній і проміжний мозок передається до зорових зон – потиличних ділянок кори великих півкуль (мал. 158). Там формується остаточне відчуття форми, розмірів, забарвлення предметів, які спостерігає людина.

Які трапляються порушення зору? Яка профілактика їх? Важлива властивість зору – це його гострота. Найбільшу гостроту зору забезпечує жовта пляма. Що далі розташовані рецептори від жовтої плями, то меншу гостроту зору вони здатні забезпечувати.

Гострота зору — здатність розрізняти дрібні деталі предмета, який роздивляється людина.

Гостроту зору людини перевіряють лікарі-окулісти за допомогою спеціальних таблиць, на яких зображено літери чи інші позначення різного розміру. Нормальну гостроту зору позначають 1.0.

Ще одна важлива особливість зору людини – визначення відстані до об’єкта, на який спрямовано зір, – окомір. Правильний окомір не є вродженою властивістю людини, а виробляється протягом усього життя в результаті постійних тренувань. Він відіграє особливо важливу роль у житті людей певних професій: військових, снайперів, мисливців, пілотів, моряків, художників тощо.

Порушення нормального нічного зору спричиняє захворювання куряча сліпота. Воно полягає в тому, що людина нормально бачить удень, а з настанням сутінок майже перестає бачити навколишні предмети.

Дальтонізм – вроджена вада, пов’язана з порушенням функцій колбочок, унаслідок чого людина не розрізняє певні кольори (люди із дальтонізмом не сприймають червоний, зелений або синій кольори). Такі люди не можуть працювати водіями, пілотами тощо

Порушення акомодаційної здатності кришталика призводить до виникнення короткозорості або далекозорості. Якщо світлові промені, які пройшли через оптичну систему ока, фокусуються перед сітківкою, людина чітко бачить тільки предмети, розташовані неподалік від неї. Таким людям притаманна короткозорість (мал. 159). Вроджена короткозорість зумовлена збільшеними розмірами очного яблука чи кривизни кришталика, набута – ослабленням війкового м’яза. Це спричиняється перенапруженням очей (тривала робота за комп’ютером, безперервне перебування перед увімкнутим телевізором), читанням лежачи або в транспорті, недостатньою освітленістю робочого місця, нестачею в їжі вітаміну А тощо.

Коли промені фокусуються позаду сітківки, чітке зображення виникає тільки від предметів, розташованих далеко від людини (мал. 159).

Мал. 159. Схема заломлення променів в оці та корекція зору

Так виникає далекозорість. Як і короткозорість, далекозорість може бути вродженою або набутою. Вроджена далекозорість виникає внаслідок недостатньої здатності рогівки чи кришталика заломлювати світло, невеликими розмірами очного яблука. Набута далекозорість може бути зумовлена втратою еластичності кришталика, порушеннями функцій війкового м’яза та ін.

Для виправлення короткозорості використовують окуляри з двоввігнутими лінзами, а далекозорості – з двоопуклими.

У людини може спостерігатись косоокість, за якої порушуються одночасні й співдружні рухи очних яблук. Тоді на сітківці виникає чітке зображення від одного ока і розпливчасте від іншого. Косоокість здебільшого вроджена, але може виникати як наслідок очних захворювань, зокрема короткозорості, далекозорості, за порушення функції очних нервів.

У певних випадках людина може повністю або частково втрачати зір, тобто настає повна або часткова сліпота. Вона може виникнути, коли яскраве світло, потрапивши на сітківку, руйнує світлочутливі рецептори. Сліпоту можуть спричинити травми очей або голови, деякі захворювання (наприклад, діабет).

На гостроту зору шкідливо впливають вживання алкоголю, тютюнокуріння, наркоманія та ін. Ці шкідливі звички можуть спричинити відмирання зорового нерва, рецепторних клітин сітківки, помутніння рогівки чи кришталика. Щоб якнайдовше зберегти гостроту зору, дотримуйтеся таких правил:

• робоче місце має бути добре і рівномірно освітлене; джерело світла на робочому столі (наприклад, настільну лампу) розташовуйте ліворуч, на відстані 50-60 см від робочої поверхні;
• не слід читати в транспорті, який рухається, тому що відстань від книжки до очей постійно змінюється; це призводить до зменшення еластичності кришталика; до таких самих наслідків може призводити й читання в ліжку;
• не варто дивитися телевізор або працювати з комп’ютером більше ніж 2 години на добу;
• під час роботи з комп’ютером слід користуватись особливими окулярами, які зменшують шкідливий вплив електромагнітного випромінювання на очі; кожні 30 хв слід робити перерви;
• до складу харчового раціону має обов’язково входити їжа з достатнім умістом вітаміну А.

Важливо запобігати травмуванню очей. Травми очей бувають побутові й виробничі. Побутові травми очей часто пов’язані з необережним користуванням приладами домашнього вжитку, невмілим забиванням цвяхів, рубанням дров тощо. Виробничі травми найчастіше пов’язані

3 нехтуванням правил техніки безпеки. Це стосується й практичних занять з хімії, фізики та інших навчальних предметів.

Якщо трапиться ушкодження очей, треба вміти вчасно і кваліфіковано надати першу допомогу. Наприклад, коли в око потраплять луг, кислота або отруйна речовина, відразу промийте його чистою проточною водою протягом 15-20 хв, потім негайно зверніться до лікаря. У разі удару прикладіть до ока вату або хустинку, змочену холодною водою. Коли в око потрапить порошинка, промийте його за допомогою чистої ватки або носовичка, зніміть порошинку з повіки. Перед тим добре помийте руки, щоб не занести інфекцію.

У разі тяжкого поранення ока (наприклад, розриву склери) не можна його промивати і намагатися дістати сторонній предмет. На око слід накласти чисту пов’язку і відправити потерпілого до лікарні. Правильно надана допомога відверне тяжкі наслідки травми і допоможе зберегти зір.

Ключові терміни і поняття: акомодація ока, гострота зору, бінокулярний зір, короткозорість і далекозорість, косоокість, куряча сліпота, дальтонізм.

ПЕРЕВІРТЕ ТА ЗАСТОСУЙТЕ ЗДОБУТІ ЗНАННЯ

Дайте відповідь на запитання

1. Яке значення має зір для людини? 2. Які функції виконують колбочки та палички? 3. Що таке акомодація? Як вона відбувається? 4. Які можливі порушення зору людини? Яка їх профілактика?

Виберіть одну правильну відповідь

1. Укажіть, яким стає кришталик під час розглядання близько розташованих предметів: а) не міняється; б) опуклішим; в) сплощеним.

2. Укажіть, яким стає кришталик під час розглядання віддалених предметів: а) не міняється; б) опуклішим; в) сплощеним.

3. Виберіть окуляри, які призначає лікар-окуліст за набутої далекозорості: а) з двоввігнутими лінзами; б) двоопуклими лінзами.

4. Позначте захворювання, ознакою якого є виникнення зображення предметів позаду сітківки: а) катаракта; б) косоокість; в) далекозорість; г) короткозорість.

Поміркуйте. 1. Завдяки чому змінюється фокусна відстань під час налагоджування світлового мікроскопа? 2. Як людині, що носить окуляри, користуватися біноклем – з окулярами чи без них?

Творче завдання. З’ясуйте такі питання: Чому саме червоний колір світлофора вибрали для застереження? Якою є дія жовтого і зеленого кольорів на людину? Де ще застосовують кольори як сигнал?

Як бачать кольори папуас, англієць і українець

Англійська мова не має окремих назв для синього і блакитного кольору, деякі індонезійські мови розрізняють лише “темні” і “світлі” відтінки, інші – мають одну назву для зеленого і синього. Чому так відбувається і чи може мова впливати на те, як ми сприймаємо світ?

Людське око здатне сприймати мільйони кольорів. Але визначаємо ми їх далеко не однаково.

Деякі люди не розрізняють кольорів. Так звана кольорова сліпота, або дальтонізм, зазвичай, спричинені відсутністю кольорочутливих рецепторів – колб у сітківці ока.

Утім, розподіл та щільність цих клітин у сітківці людей із “нормальним зором” теж помітно варіюється. В результаті, кожен з нас сприймає кольори трохи інакше.

Однак, окрім індивідуальних особливостей будови ока, сприйняття кольорів насамперед залежить не від того, що наше око фізично бачить, а від того, як наш мозок тлумачить цю інформацію і називає кольори.

Саме тому сприйняття кольору є дуже суб’єктивним процесом, який опирається на особистий досвід.

Наприклад, люди із синестезією “бачать” колір літер та цифр. Синестезія, в широкому сенсі, означає перенесення сенсорної реакції з одного органу чуття на інший.

Так, людина може бачити звуки або чути кольори. Але й кольори, які вона чує, можуть відрізнятися щоразу.

Автор фото, Wikimedia Commons

Клітинки А і В на шаховій дошці – одного кольору, але наш мозок сприймає їх інакше

Інший класичний приклад – оптична ілюзія Адельсона. Через тінь, яка падає на шахову дошку, біла і чорна клітинки мають однаковий сірий колір, але наш мозок цього “не бачить”.

З моменту нашого народження ми вчимося класифікувати світ навколо нас на об’єкти, кольори, емоції, – практично будь-що значуще. І робимо ми це за допомогою мови.

І хоча наші очі фактично бачать величезну кількість кольорів, необхідність називати їх у повсякденному спілкуванні змушує нас обмежувати їх певними категоріями.

Художники та фахівці модної індустрії використовують назви кольорів на позначення відтінків, які неексперт назвав би одним словом.

Різні мови та культури також визначають спектр кольорів на свій лад.

У мові народності дані, яка мешкає в Папуа-Новій Гвінеї, або басса, жителів Ліберії та Сьєрра-Леоне, є лише дві назви кольорів, що означають темні та світлі відтінки.

Автор фото, Getty Images

Ті, хто працюють з тканинами або фарбами, розрізняють відтінки, які нефахівець зазвичай об’єднає в одну категорію

Слово на позначення темних кольорів приблизно перекладається як “прохолодний”, а світлих – “теплий”.

Отже, мовою дані чорний, синій і зелений називатимуться прохолодними кольорами, а білий, червоний, помаранчевий і жовтий – теплими.

А у мові австралійських аборигенів вальбірі, які мешкають у штаті Північна територія, взагалі немає назви для поняття “колір”.

У таких культурах ідея кольору може передаватися за допомогою інших лексичних засобів: опису текстури предмету, його фізичних властивостей або функціонального призначення.

Цікаво, що в більшості мов світу існує п’ять основних назв кольорів. Цієї системою користуються такі різні культури, як кочовики Намібії та племена тропічних лісів Нової Гвінеї.

Поряд із назвами “темний” і “світлий” ці мови також вирізняють червоний і жовтий кольори, і мають спільну назву для синього та зеленого.

Автор фото, Getty Images

У мові народності берінмо, яка мешкає у Папуа Новій Гвінеї, синій та зелений колір позначаються одним словом

Назва кольору синє-зелений (glas) існувала й у давній валлійській мові, так само як й у японській та китайській.

На сучасному етапі розвитку спільний термін у цих мовах набув значення синього кольору, а для зеленого – виникла окрема назва.

Одні мови, приміром, валлійська, термін “зелений” запозичують з інших культур, тоді як в японській він виник сам.

На позначення синього кольору в українській, російській, грецькій, турецькій та багатьох інших мовах існує два окремих слова – “синій” і “блакитний”.

Сприйняття кольорів може навіть змінюватися впродовж життя.

Грецька мова, на відміну від англійської, розрізняє синій і блакитний, але греки, які прожили тривалий час у Великій Британії, згодом починають сприймати ці кольори як більш схожі.

Автор фото, Getty Images

Грецька мова, на відміну від англійської, має два слова на позначення синього – синій і блакитний, – і носії грецької мови розрізняють ці кольори чіткіше, ніж англомовні люди

Вочевидь, під тривалим впливом англомовного середовища, мозок грека починає тлумачити кольори ghalazio “блакитний” і ble “синій” як частину однієї лексичної категорії.

Утім, мова впливає не лише на наше сприйняття кольорів. У нашій лабораторії в Ланкастерському університеті ми досліджуємо, як нове мовне середовище змінює наше сприйняття повсякденних об’єктів.

Зрештою, це цілком природно. Адже вивчення нової мови дає нам можливість побачити світ з іншого боку. Зокрема і його кольори.

Прочитати оригінал цієї статті англійською мовою ви можете на сайті BBC Future.

Хочете отримувати головні статті в месенджер? Підписуйтесь на наш Telegram.