Оптика. Сложение цветов. Диск Бэнхэма (ч.2) Опыты

18.06.12 17:36

АРИФМЕТИКА ЦВЕТНЫХ ЛУЧЕЙ


Опыты с фильтрами

Различный цвет предмета объясняется свойствами предметов по-разному отражать, пропускать и поглощать свет.
Белый свет — это свет сложный. Он состоит из целой гаммы цветных лучей.

Одни поверхности пропускают или отражают все лучи спектра белого света, другие — только часть его, а третьи почти ничего не пропускают и не отражают.
Белая бумага отражает все падающие на нее лучи.

Черная бумага поглощает все лучи света и вовсе ничего не отражает.

Например, зеленое стекло хорошо пропускает зеленые лучи, хуже голубые и желтые и почти совсем не пропускает остальные лучи спектра.

Лучи, прошедшие сквозь стекло, действуют на наш глаз, и мы видим зеленый свет.
Помимо основных спектральных цветов, в природе существует множество различных цветов и оттенков. Как же они получаются?
Новые цвета можно получать двумя способами: "сложением” и "вычитанием”.


Опыт 1

Возьмем три стекла: зеленое, красное и синее. Пропустим через каждое из них пучки света на белый экран.

Причем сделаем так, чтобы цветные "зайчики” частично находили друг на друга. В тех местах экрана, где "зайчики” не перекрываются, мы видим соответственно зеленый, красный и синий цвета. Там же, где они налагаются друг на друга, мы получаем цвета желтый, голубой, пурпурный. Это "сложение” цветов.


Опыт 2

Теперь получим цвета способом "вычитания”. Сложим три стекла — желтое, голубое, пурпурное — так, чтобы они частично находили друг на друга, и пропустим через них пучок белого света.

Желтое стекло поглотит фиолетовые и синие лучи, а пропустит красные, оранжевые и зеленые. Голубое стекло поглотит из света, прошедшего через желтое стекло, красные, оранжевые и желтые лучи.
Значит, через два стекла пройдут только зеленые лучи, и мы увидим источник света зеленым. Подобным образом при сложении пурпурного и желтого стекла получим красный цвет, а при сложении голубого и пурпурного — синий.


Опыт 3

Сложенные вместе три стекла совсем не пропустят света, и мы увидим черное пятно.



ФОКУС С ЦВЕТОМ


Попробуем показать, что для восприятия разных цветов человеку требуются различные отрезки времени.
Возьмите картонку размером примерно 8 х 13 см. Проведите в середине круг диаметром 5 см. Перерисуйте картинку «А», закрасив темные места черным фломастером. Проткните середину круга булавкой и воткните булавку в резинку на карандаше. Начинайте вертеть картинку. Не сводите глаз с круга. Во время вращения круга появляются различные цветовые комбинации. Когда меняется скорость вращения, меняются цвета.

Почему?
Не закрашенные части круга отражают свет, а черные — нет. Свет — это вид энергии. Свет содержит в себе много цветов, а у каждого цвета свой запас энергии. Чем ее больше, тем быстрее движется световая волна. Для того чтобы глаз принял эти волны и передал сигнал мозгу, требуется некоторое время. Только самые «быстрые» цвета, появляющиеся на не закрашенных участках во время вращения картонки, успевают передать мозгу сигнал о своем появлении, до того как появится черный участок.

ДИСК БЭНХЭМА


С «фокусами» зрения человек сталкивается с раннего детства.  Интересный  эффект смешения  цветов получается при использовании диска Бэнхэма.
Диск Бэнхэма - это наполовину белый, наполовину черный диск с черной дугой на белом поле.
Если его закрутить с частотой вращения в несколько сотен оборотов в минуту или еще быстрее, на нем не увидишь ничего, кроме ровного серого цвета.

Однако, если вращать диск с частотой вращения 60…180 об/мин и смотреть на него под углом 30…75°, на диске появятся три цветных кольца. Причем, если диск вращается по часовой стрелке, у периферии диска заметно кольцо голубое, ближе к оси вращения — красное, третье кольцо (зеленое) располагается между ними.

Дело в том, что на характер цветного окрашивания влияет длина черной дуги на белом поле: при вращении по часовой стрелке, чем дуга длиннее, тем более подчеркивается синяя часть спектра.

При вращении же против часовой стрелки роль синей части спектра уменьшается, причем голубое и красное кольца меняются местами.

Чередование указанных цветов на диске соответствует порядку расположения их в спектре белого света. Из остальных цветов достаточно отчетливо бывает виден только желтый.
Для опытов следует заготовить несколько дисков Бенхэма с разными дугами.  Дуги могут отличаться друг от друга и по длине, и по толщине, и по направлению закрутки, и по другим показателям.

В качестве самодельного привода для «волшебного» диска проще всего использовать электромоторчик для  игрушек. Из отечественных «движков» подойдет ДП-10, снабженный насадкой на ось.

 Однако номинальная частота вращения  такого моторчика  слишком велика для  нашего эксперимента. Чтобы понизить частоту вращения ротора двигателя, проще всего включить последовательно с ним переменный проволочный резистор с сопротивлением порядка 100 Ом и мощностью 2…3 Вт.  Питать устройство лучше не от 4,5-вольтовой («плоской») батарейки карманного фонаря, а от сетевого адаптера, применяемого для питания радиоаппаратуры.

Чтобы изменять направление вращения, введем в схему питания  переключатель-тумблер.

В диапазоне  удобных частот вращения диска лежит  и частота вращения 78 об/мин, обеспечиваемая  электропроигрывателем грампластинок.

Так что можно попробовать использовать его  в качестве привода для диска. В этом случае, конечно, изменить направление вращения диска не удастся, поэтому   придется изготовить  еще диски с обратной закруткой черной дуги.