Τετάρτη, 7 Νοεμβρίου 2012

Τα φαινόμενα κατά τη διάδοση του φωτός



Τα χρώματα που μας περιβάλλουν οφείλουν την ύπαρξή τους σε δύο παράγοντες. Ο πρώτος είναι η ύπαρξη του λευκού ηλιακού φωτός και ο δεύτερος ο τρόπος που λειτουργεί το ανθρώπινο μάτι.
Για να γίνει κατανοητή η ύπαρξη των χρωμάτων ας προσεγγίσουμε τους δύο αυτούς παράγοντες, χωρίς να πλατειάσουμε στις αντίστοιχες θεωρίες.

Οι επιστημονικές αναλύσεις έδειξαν ότι τα χρώματα που βλέπουμε είναι κύματα φωτός που απορροφώνται ή αντανακλούνται σε οποιαδήποτε επιφάνεια βρίσκεται γύρω μας. Στη φύση, το ουράνιο τόξο είναι ένα λευκό φως που αναλύεται σε επιμέρους κύματα, λόγω της υγρασίας, στον αέρα. Σε εργαστηριακές συνθήκες η διάσπαση του λευκού φωτός μπορεί να γίνει με τη βοήθεια ενός πρίσματος ή με ένα φασματοσκόπιο.





Τα χρώματα στα οποία αναλύεται το λευκό φως είναι κόκκινο, πορτοκαλί, κίτρινο, πράσινο, μπλε, indigo (θαλασσί, λουλακί) και βιολέ (ιώδες, πορφύρα). Αντίστοιχα, ο συνδυασμός όλων αυτών των χρωμάτων δημιουργούν το λευκό χρώμα.
Το χρώμα των αντικειμένων εξαρτάται από τον τρόπο με τον οποίο απορροφούν ή και αντανακλούν το φως. Αν ένα αντικείμενο απορροφά όλα τα κύματα φωτός, το αντικείμενο αυτό θα έχει χρώμα μαύρο. Αν ένα αντικείμενο αντανακλά το φως, τότε θα έχει χρώμα λευκό. Αν το αντικείμενο απορροφά όλα τα κύματα φωτός εκτός από το κόκκινο, τότε το αντικείμενο αυτό θα έχει χρώμα κόκκινο.





Συγκεκριμένα τα φαινόμενα που παρατηρούνται κατά τη διάδοση του φωτός είναι:


Ανάκλαση: Όταν μια λεπτή δέσμη φωτός πέσει πάνω σε μια λεία επίπεδη επιφάνεια, αντανακλάται (= αλλάζει πορεία) κατά τέτοιον τρόπο, ώστε η γωνία προσπτώσεως να είναι, ίση με τη γωνία ανακλάσεως.




Διάθλαση: Όταν μια λεπτή δέσμη μονοχρωματικού φωτός που κινείται σε κάποιο μέσο (π.χ. αέρα), συναντήσει την επιφάνεια ενός άλλου διαφανούς μέσου (π.χ, νερού), στο οποίο το φως διαδίδεται με διαφορετική ταχύτητα, τότε ένα μέρος της δέσμης εισέρχεται μέσα στο σώμα, με ταυτόχρονη αλλαγή της διευθύνσεως της, ενώ μέρος της αντανακλάται. Ας πούμε ότι η διάθλαση, δεν είναι παρά κάποια δύναμη, η οποία μπορεί να κάνει τα σωματίδια των διαφόρων χρωμάτων να ακολουθήσουν διαφορετική τροχιά, ώστε τελικά να δούμε το κάθε χρώμα ξεχωριστά. Στην περίπτωση, τώρα, του ουράνιου τόξου, το ρόλο του πρίσματος παίζουν τα σταγονίδια της βροχής.



Σκεδασμός – ανάλυση: Στη μελέτη της διάθλασης, χρησιμοποιήθηκε μονοχρωματικό φως. Αν χρησιμοποιηθεί λευκό φως, τότε παρατηρείται ότι η λεπτή δέσμη του λευκού φωτός αναλύεται σε ένα φάσμα επτά χρωμάτων (ερυθρό, πορτοκαλί, κίτρινο, πράσινο, μπλε, indigo και ιώδες). Αυτό συμβαίνει, γιατί ο δείκτης διαθλάσεως για κάθε χρώμα είναι διαφορετικός. Αν τώρα οδηγήσουμε μια λεπτή δέσμη λευκού φωτός μέσα από ένα πρίσμα, ή δέσμη θα αναλυθεί στο φάσμα της, το οποίο μπορεί να προβληθεί σε μια κατάλληλα τοποθετημένη οθόνη.

Όσα αναπτύχθηκαν μέχρι τώρα, ισχύουν για δέσμες φωτός. Οι ίδιες αρχές βοηθούν στο να εξηγηθούν και τα χρώματα των επιφανειών.
Μια ουσία - ένα στοιχείο ή μια χημική ένωση δηλαδή, εμφανίζεται έγχρωμη αν η δομή των μορίων της είναι τέτοια ώστε να παρουσιάζει μια εκλεκτική απορρόφηση ενός ορισμένου μήκους κύματος, μέσα στην ορατή περιοχή του φάσματος. Ενώσεις που να παρουσιάζουν τέτοιου είδους μοριακή δομή υπάρχουν σήμερα πάρα πολλές στη διάθεση μας, άλλες παρασκευασμένες στα χημικά εργαστήρια και άλλες απομονωμένες από φυτικούς ή ζωικούς οργανισμούς. Οι ενώσεις αυτές καλούνται «χρωστικές ενώσεις», «χρωστικές ουσίες» ή απλά, «χρωστικές».




Ένα χαρακτηριστικό φυσικό παράδειγμα χρωστικής που βρίσκεται διάχυτη, είναι η μελανίνη του ανθρωπίνου δέρματος (η χρωστική στην οποία οφείλεται το «μαύρισμα» του δέρματος στην ηλιοθεραπεία και το ιδιαίτερο χρώμα του δέρματος της μαύρης φυλής).
Οι χρωστικές οι οποίες οφείλονται σε διάφορες χημικές ενώσεις μας δίνουν την τεράστια ποικιλία χρωμάτων που κυκλοφορούν στο εμπόριο σήμερα σε διάφορες μορφές όπως πλαστικά χρώματα, ακρυλικά, λαδομπογιές, σκόνες κ.ά.

Το ίδιο σημαντική με την ανάλυση του λευκού φωτός, για την αναγνώριση και το χαρακτηρισμό των χρωμάτων, είναι και η λειτουργία του ανθρώπινου ματιού.
Συγκεκριμένα, στον αμφιβληστροειδή χιτώνα βρίσκονται τα οπτικά αισθητήρια κύτταρα και οι διακλαδώσεις του οπτικού νεύρου. Τα οπτικά κύτταρα, οι υποδοχείς δηλ. του φωτεινού ερεθίσματος, είναι δύο ειδών, τα κωνία και τα ραβδία.




Τα κωνία, χρησιμοποιούνται στην όραση με άπλετο φωτισμό, ενώ τα ραβδία με ανεπαρκή. Τα κωνία είναι τριών ειδών. Το κάθε είδος ερεθίζεται με ένα από τα τρία βασικά χρώματα κόκκινο, κίτρινο και μπλε. Επίσης, τα κωνία είναι πυκνότερα στο κέντρο του αμφιβληστροειδή, εμφανίζουν δε μεγαλύτερη πυκνότητα στη λεγόμενη ωχρά κηλίδα.
Τα ραβδία, αντίθετα από τα κωνία, δεν συναντώνται σχεδόν καθόλου στην ωχρά κηλίδα με αποτέλεσμα σε καταστάσεις χαμηλού φωτισμού (όραση λυκόφωτος), η ωχρά κηλίδα να είναι σχεδόν τυφλή και ο οφθαλμός να υιοθετεί την περιφερειακή όραση. Τα ραβδία επίσης δεν είναι ευαίσθητα στο χρώμα και γι' αυτό σε συνθήκες χαμηλού φωτισμού, δεν μπορούμε να διακρίνουμε χρώματα.
Σε γενικές γραμμές, ο μηχανισμός της όρασης, έχει ως εξής: Το φωτεινό ερέθισμα, προκαλεί τον αποχρωματισμό της ροδοψίνης, μιας χρωστικής ουσίας που βρίσκεται στα κωνία. Ο αποχρωματισμός αυτός, με ένα πολύπλοκο, βιοχημικό μηχανισμό, προκαλεί μια ηλεκτρεγερτική δύναμη η οποία μεταφέρεται μέσω του οπτικού νεύρου στον εγκέφαλο, με την ταχύτητα των 5 msec (χιλιοστών του δευτερολέπτου).


Σχετικά άρθρα

Πηγές
  • «Χρωματική» - Σπύρος Διαμαντίδης
  • «Εισαγωγή στην εικαστική γλώσσα» - Όλγα Κοζάκου Τσιάρα
  • «Το χρώμα και τα μυστικά του» - Λεωνίδας Δάκης Δημητρέλης
  • «Η αρμονία των χρωμάτων» - Studio Books
  • «Αισθητική» - Ε. Π. Παπανούτσος
  • «Color Harmony» - Hideaki Chijiiwa