Раскраска физика: Раскраски Физика — Картинки-раскраски для детей и взрослых

Физика света и цвета — Фильтрация света

Большинство источников света излучают широкий диапазон длин волн, который покрывает весь видимый световой спектр. Однако во многих случаях желательно производить свет с ограниченным спектром длин волн. Этого можно легко добиться за счет использования специализированных фильтров, которые пропускают волны некоторых длин и выборочно поглощают или отражают нежелательные длины волн.

Цветные фильтры обычно изготавливаются из прозрачных кусочков окрашенного стекла, пластика, лакированного желатина (напр.грамм. Wratten фильтры), которые были обработаны для выборочной передачи желаемых длин волн при ограничении других. В настоящее время используются два наиболее распространенных типа фильтров: абсорбционные фильтры , , , , поглощающие нежелательные длины волн, и фильтры , , интерференционные, , , которые удаляют выбранные длины волн за счет внутренних деструктивных помех и отражения. В любом фильтре небольшое количество падающего света отражается от поверхности независимо от конструкции фильтра, и небольшая часть света также поглощается.Однако эти артефакты обычно очень минимальны и не влияют на основную функцию фильтра.

Абсорбционные фильтры — Эти фильтры, как правило, изготавливаются из окрашенного стекла, лакированного желатина или синтетических полимеров (пластмасс) и имеют широкий спектр применения. Они используются для создания специальных эффектов в ряде приложений фотографии и широко применяются в киноиндустрии. Кроме того, абсорбционные фильтры обычно используются в знаках и светофорах, а также в качестве сигналов направления на автомобилях, лодках и самолетах.На диаграмме ниже (рис. 1) показан пурпурный фильтр, который предназначен для адаптации к объективу камеры. Мы также создали интерактивный учебник по Java , в котором описывается, как работают лакированные желатиновые и стеклянные фильтры.

На рисунке 1 три падающие волны окрашены в красный, зеленый и синий цвета, но предназначены для представления всех цветов, составляющих белый свет. Фильтр избирательно пропускает красную и синюю части спектра падающего белого света, но поглощает большую часть зеленых длин волн.Как обсуждалось в нашем разделе основных цветов , пурпурный цвет получается вычитанием зеленого из белого света. Светомодулирующие свойства типичного цветного фильтра показаны на рисунке 2. В этом случае мы исследуем фильтр коррекции цвета , который добавляет коэффициент 50 единиц компенсации цвета (cc) к падающему свету. Подробности фильтров цветокоррекции будут обсуждаться в разделе цветокоррекция ниже.

На Рисунке 2 выше абсорбция нанесена в зависимости от длин волн видимого света, которые проходят через пурпурный фильтр.Пиковая интенсивность поглощенного света падает примерно на 550 нанометров, прямо в центре зеленой области видимых длин волн. Фильтр также поглощает часть света в синей и красной областях, указывая на то, что этот фильтр не идеален, и небольшая часть всех длин волн не проходит. Идеальный фильтр должен иметь очень острый пик с центром в зеленой области, который заканчивается нулевым поглощением на длинах волн, отличных от зеленого, но этого практически невозможно достичь с помощью реальных фильтров видимого поглощения, которые можно производить по разумным ценам.Этот тип нежелательного поглощения часто называют вторичным поглощением и является общим для большинства фильтров.

Абсорбционные фильтры

Узнайте, как желатиновые и стеклянные абсорбционные фильтры используются для пропускания определенного диапазона длин волн.

Интерференционные фильтры — Эти фильтры отличаются от абсорбционных фильтров тем, что они отражают нежелательные длины волн и деструктивно мешают им, а не поглощают их. Термин дихроичный возникает из-за того, что фильтр проявляет один цвет при освещении проходящим светом, а другой — отраженным.В случае пурпурного дихроичного фильтра, показанного ниже на рисунке 3, зеленый свет отражается от лицевой стороны фильтра, а пурпурный свет передается с другой стороны фильтра.

Дихроичные фильтры производятся с использованием многослойных тонкопленочных покрытий, которые наносятся на оптическое стекло с использованием вакуумного напыления. Эти фильтры имеют четыре основных типа конструкции: коротковолновые, длинноволновые, полосовые и режекторные. Дихроичные фильтры гораздо более точны и эффективны в своей способности блокировать нежелательные длины волн по сравнению с гелевыми и стеклянными абсорбционными фильтрами.Дихроичные фильтры с короткими и длинными длинами волн действуют, как следует из названий, и позволяют пропускать только узкие полосы коротких или длинных волн, отражая нежелательные длины волн. Полосовые дихроичные фильтры являются наиболее распространенными и предназначены для передачи выбранных длин волн в видимой области. На приведенной ниже диаграмме (рис. 4) показан спектр пропускания типичного полосового дихроичного фильтра.

На этом графике мы изобразили длины волн, передаваемых фильтром, в зависимости от процента передачи.Обратите внимание, что максимум длины волны составляет 550 нанометров — прямо в центре зеленой области. Этот фильтр намного более эффективен, чем описанный выше фильтр из стекла или лакированного гелевого пурпурного цвета, поскольку практически отсутствуют прохождения нежелательных длин волн и практически отсутствует вторичное пропускание. Последний тип дихроичных фильтров известен как режекторные фильтры по длине волны, которые работают, «вырезая» или устраняя нежелательные длины волн. Режекторные фильтры фактически противоположны полосовым дихроичным фильтрам.Чтобы использовать пример, проиллюстрированный на графике, режекторный фильтр будет пропускать длины волн красного и синего цветов, которые блокируются полосовым фильтром.

Дихроичные фильтры обычно используются для ряда приложений, включая специализированную фильтрацию для оптической микроскопии и фотографии. В высококачественных увеличителях цвета используются дихроичные фильтры (вместо фильтров поглощения) для точной настройки цвета света, проходящего через цветной негатив или прозрачную пленку. Это позволяет фотографу с высокой степенью контроля коррекции цвета фотографических отпечатков.

Color Correction — Фотографам и микроскопистам часто приходится вносить небольшие поправки в цвет освещения в фотоувеличителях и в оптических трактах микроскопа, чтобы обеспечить точную цветопередачу. Обычно это делается с помощью фильтров Kodak Color Compensation (сокращенно CC), которые можно разместить на световом пути увеличителя или микроскопа. Хотя здесь мы говорим о фильтрах Kodak, существует множество производителей, которые производят эти фильтры из окрашенных гелей или дихроичного стекла.Эти фильтры помечены номером, который соответствует светопоглощающей способности фильтра, обычно в произвольном диапазоне 05, 10, 20, 30, 40 и 50, как показано в таблице ниже для голубых фильтров.

05 CC20C)

Таблица 1

По мере увеличения числа поглощается больше света, поскольку фильтры становятся все темнее. В приведенном выше примере представлен диапазон голубого фильтра от 05 до 50, где цвет фона таблицы соответствует приблизительному цвету фильтра.Голубой фильтр 30 (называемый CC50C (голубой) фильтр) снижает интенсивность дополнительного цвета на 50% или на один шаг экспозиции (диафрагма). CC-фильтры доступны в виде фильтров Враттена (размером 2 «× 2» или 3 «× 3») в 6 различных цветах: синем, желтом, зеленом, пурпурном, голубом и красном и различной плотности (как показано в таблицах 1 и 2). Самый простой способ запомнить их использование — обратиться к «треугольнику компенсации цвета», показанному на Рисунке 5 ниже.

Просто следуйте стрелкам от вершины к противоположной стороне или от стороны к противоположной вершине.Вы также можете обратиться к Таблице 2, чтобы узнать правильный цвет фильтра CC. Например, зеленый оттенок удаляется с помощью пурпурного фильтра CC. Соответствующая плотность выбранного CC-фильтра должна определяться тестовыми воздействиями. См. Книгу Джона Делли « Фотография через микроскоп » для цветных иллюстраций цветных оттенков.

Таблица 2

При проведении экспериментов с использованием микрофотографии мы часто добавляем цветные фотографии с помощью микроскопа компенсировать фильтры на световом пути.Это легче всего сделать, придавая фильтру форму круга с помощью ножниц и вставив его на световой путь сразу за диффузионным фильтром. В качестве альтернативы, Kodak продает небольшие металлические рамки, которые удерживают фильтры Wratten, которые можно разместить на световом отверстии микроскопа прямо над полевой диафрагмой. Это позволяет выполнить глобальную цветокоррекцию полученных микрофотографий.

Соавторы

Мортимер Абрамовиц — Olympus America, Inc., Драйв двух корпоративных центров., Мелвилл, Нью-Йорк, 11747.

Майкл У. Дэвидсон — Национальная лаборатория сильных магнитных полей, 1800 Ист. Пол Дирак, доктор философии, Государственный университет Флориды, Таллахасси, Флорида, 32310.

Физика света и цвета

Обзор раздела:

Свет — это сложное явление, которое классически объясняется простой моделью, основанной на лучах и волновых фронтах. Учебник по микроскопии Центра ресурсов по микроскопии Olympus исследует многие аспекты видимого света, начиная с введения в электромагнитное излучение и кончая человеческим зрением и восприятием цвета. Каждый раздел, описанный ниже, представляет собой независимый трактат, посвященный ограниченному аспекту света и цвета.Надеемся, вам понравится ваш визит и вы найдете ответы на свои вопросы.

Обзорные статьи

• Электромагнитное излучение

  Электромагнитное излучение, более обширное семейство волновых явлений, к которым принадлежит видимый свет, является основным средством транспортировки энергии через обширные пространства Вселенной.

• Свет: частица или волна?

  Ученые попытались объяснить, как электромагнитное излучение может проявлять дуальность или поведение как частиц, так и волн.Иногда свет ведет себя как состоящий из частиц, а иногда как непрерывная волна.

• Источники видимого света

  За испускание электромагнитного излучения отвечают различные источники, которые, как правило, классифицируются в соответствии с определенным спектром длин волн, генерируемых источником.

• Флуоресценция

  Флуоресцентная микроскопия изучает материал, который можно заставить флуоресцировать либо в его естественной форме (первичная флуоресценция или авто ), либо при обработке химическими веществами, способными к флуоресценции (вторичная флуоресценция ).

• Скорость света

  В 1983 году скорость света была определена Семнадцатым Генеральным конгрессом по мерам и весам как 299 792,458 километров в секунду. Как правило, это значение округляется до 300 000 километров в секунду.

• Отражение света

  Отражение света (и другие формы электромагнитного излучения) происходит, когда волны сталкиваются с поверхностью или другой границей, которая не поглощает энергию излучения и отбрасывает волны от поверхности.

• Преломление света

  Ученые поняли, что соотношение между углом, под которым свет пересекает границу раздела сред, и углом, возникающим после преломления, является точной характеристикой материала, создающего эффект преломления.

• Дифракция света

  Дифракция света возникает, когда световая волна проходит через угол, через отверстие или щель, размер которых физически приблизительно равен длине волны этого света или даже меньше ее.

• Поляризация света

  Солнечный свет и искусственное освещение пропускают световые волны, векторы электрического поля которых колеблются во всех плоскостях, перпендикулярных направлению распространения. Когда векторы электрического поля ограничиваются одной плоскостью за счет фильтрации, говорят, что свет имеет поляризацию и .

• Помехи

  Важной характеристикой световых волн является их способность мешать друг другу. Прекрасным примером интерференции является отражение света от масляной пленки, плавающей на воде, или мыльного пузыря, который отражает множество красивых цветов при освещении источником света.

• Оптическое двулучепреломление

  Когда свет попадает на неэквивалентную ось в анизотропном кристалле, он преломляется на два луча, каждый из которых поляризован с направлениями колебаний, ориентированными под прямым углом друг к другу и движущимися с разными скоростями. Это явление называется двулучепреломлением .

• Цветовая температура

  Концепция цветовой температуры основана на соотношении между температурой и излучением, излучаемым теоретически стандартизированным материалом, называемым излучателем черного тела , охлаждаемым до состояния, в котором все молекулярные движения прекращаются.

• Основные цвета

  Человеческий глаз чувствителен к полосе электромагнитного излучения, которая находится в диапазоне длин волн от 400 до 700 нанометров, известному как спектр видимого света. Красный, зеленый и синий считаются основными цветами , потому что они фундаментальны для человеческого зрения.

• Фильтрация света

  Часто бывает желательно получать свет с ограниченным спектром длин волн. Этого можно легко добиться за счет использования специализированных фильтров, которые пропускают волны некоторых длин и выборочно поглощают или отражают нежелательные длины волн.

• Человеческое зрение и восприятие цвета

  Человеческое зрение включает почти одновременное взаимодействие двух глаз и мозга через сеть нейронов, рецепторов и других специализированных клеток со стимуляцией световых рецепторов в глазах.

• Свет и энергия

  Изучите взаимосвязь между светом и энергией, поскольку человечество всегда напрямую зависело от энергии солнечного света — для тепла, сушки одежды, приготовления пищи и косвенно для обеспечения еды, воды и воздух.

• Линзы и геометрическая оптика

  Концепции, исследуемые в этом обсуждении, которые основаны на науке Геометрическая оптика , приведут к пониманию процесса увеличения, свойств реальных и виртуальных изображений, а также линзы Аберрации .

• Основные свойства зеркал

  Зеркала различной конструкции и конструкции широко различаются по коэффициенту отражения , от почти 100 процентов для полированных зеркал, покрытых металлами, которые отражают видимые и инфракрасные длины волн, до нуля для сильно поглощающих материалов.

• Призмы и светоделители

  Призмы (полированные блоки из стекла или других прозрачных материалов) и светоделители — это компоненты, которые изгибают, расщепляют, отражают и сворачивают свет через пути как простых, так и сложных оптических систем.

• Основы лазера

  Лазеры предназначены для создания и усиления этой стимулированной формы света в интенсивные и сфокусированные лучи. Слово «лазер» было придумано как аббревиатура для L ight A миссия S Timulated E миссии R .

• Интерактивные учебные пособия по свету и цвету

  Сложные концепции физики света и науки об оптике намного легче понять с помощью интерактивных руководств по Java, демонстрирующих различные аспекты задействованных принципов.

Соавторы

Мортимер Абрамовиц — Olympus America, Inc., Two Corporate Center Drive., Мелвилл, Нью-Йорк, 11747.

Кеннет Р. Спринг — научный консультант, Ласби, Мэриленд, 20657.

Мэтью Парри-Хилл , Брайан О. Флинн , Кирилл И. Чуруканов , Томас Дж. Феллерс и Майкл У. Дэвидсон — Olympus America, Inc., Two Corporate Center Drive., Мелвилл , Нью-Йорк, 11747.