Arytmetyka kolorów

Doświadczenie 1

Używając lupy, obejrzyj powierzchnię uruchomionego ekranu komputera. Zamiast lupy można użyć funkcji zbliżenia lub makro w aparacie smartfona.

Wyjaśnienie: Kolorowy wyświetlacz podzielony jest na piksele, a każdy z nich stanowi zestaw trzech kolorowych „latarek” – czerwonej, zielonej i niebieskiej. Gdy dwie z nich gasną, widzimy trzeci kolor. Gdy tylko przygasają, dochodzi do addytywnego mieszania się barw zgodnie z przestrzenią RGB (red, green, blue). Widać je pod lupą.

Doświadczenie 2

Na komputerze z systemem Windows znajdź w internecie kolorowe zdjęcie np. kwiatu. Uruchom program MS Paint i wklej zdjęcie. Używając przycisku selektor kolorów (symbol zakraplacza lub skrót klawiszowy „i”), kliknij lewym przyciskiem myszy w wybrany punkt obrazka. Wybierz funkcję „edytuj kolory” (kolorowe kółko po prawej stronie przybornika „kolory”). Odczytaj wartości numeryczne wybranego kolorowego punktu. Zwróć uwagę na różowy – z pomieszania jakich barw powstaje?

Wyjaśnienie: Program umożliwia odczytanie wartości numerycznych przypisanych dla każdego koloru. Wszystkie kolory rozbito na trzy kanały (barwy podstawowe), a udział każdego z nich w danym odcieniu waha się od 0 do 255. Wartości numeryczne pozwalają zrezygnować z nieprecyzyjnego podejścia opisowego i dokładnie określić różnicę między słonecznym żółtym i cytrynowym. Kolor różowy czy purpurowy powstają z addytywnego zmieszania barw niebieskiej i czerwonej.

Doświadczenie 3

Spośród farb plakatowych wybierz czerwoną, żółtą i niebieską. Jakie barwy uzyskasz, mieszając pędzelkiem po dwie z nich (np. na kartce bloku technicznego)? Jaką barwę uzyskasz po zmieszaniu czerwonej i białej farby?

Wyjaśnienie: Subtraktywne mieszanie barw (barwników) podstawowych pozwala uzyskiwać dowolne inne kolory, np. z niebieskiego i żółtego powstają wszystkie odcienie zieleni – barwy pochodne. Biały barwnik odbija każde światło (w tym niebieskie), ale dodanie czerwonego podbija tę składową – odpowiednia proporcja odbitego światła czerwonego i niebieskiego tworzy kolor różowy. Badania percepcji kolorów przez człowieka doprowadziły do stworzenia systemu barw podstawowych NCS (natural color system), zawierających jeszcze czarny i biały, a będących standardem w oznaczaniu kolorów komercyjnych farb i lakierów.

Doświadczenie 4

W ciemnym pokoju lub łazience umieść jak najwięcej żółtych przedmiotów (mogą to być także płatki kwiatów). W ciemności oświetl je światłem niebieskiej diody, np. z festynowych latarek. Czy przedmioty nadal są żółte?

Wyjaśnienie: Żółte obiekty odbijają żółte światło i pochłaniają inne jego barwy – w tym niebieską. Oświetlone wyłącznie na niebiesko nie będą miały czego odbijać i wydadzą się czarne. Szczególnie zaskakujący efekt wywołuje to w przypadku obserwacji kwiatów. Uwaga: wiele obiektów zawiera barwniki fluorescencyjne – oświetlane, będą w warunkach doświadczenia jarzyć się na żółto lub czerwono.

Doświadczenie 5

Weź umyty wąski słoik po oliwkach (ok. 4 cm średnicy, 12 cm wysokości). Napełnij go wodą, zostawiając od góry 2 cm wolnego miejsca. Wykonaj barwienie – niebieskim pisakiem zrób na wewnętrznej stronie nakrętki 5 kropek. Zakręć słoik, zamieszaj zawartość i postaw na białej kartce. Zdejmij pokrywkę i obejrzyj płyn od góry, a potem na tle białej ściany lub kartki. Powtarzaj barwienie, aż patrząc od góry, zobaczysz wyraźną zmianę koloru. Doświadczenie wykonuj w świetle dziennym.

Wyjaśnienie: Nasze postrzeganie barwy roztworu zależy od długości drogi optycznej. Cząsteczki niebieskiego barwnika odfiltrowują światło zielone i czerwone. Ale na drodze światła przechodzącego przez 4-centymetrową warstwę roztworu będzie ich mniej niż na drodze o długości 10 cm. Dodając stopniowo coraz więcej barwnika, uzyskamy ciekawy efekt – gdy patrzymy z boku, płyn jest przezroczysty, ale gdy od góry – błękitny. W przezroczystych naczyniach zwężających się na kształt lejka (np. szyjki butelek, ozdobne szklanki) także dostrzeżemy różnice w intensywności barwy. Podobnie woda w dużym zbiorniku czy akwarium może wydawać się bura lub zielona, ale nabrana do szklanki będzie bezbarwna.

Doświadczenie 6

Do pojemnika na mocz (najlepiej z wybrzuszonym dnem i „rynienką” przy ściankach) wlewaj kroplami olej z pestek dyni – gdy rynienka się wypełni, a na wybrzuszeniu powstanie milimetrowa warstwa oleju, oceń barwy.

Wyjaśnienie: Olej ma barwę ciemnoczerwoną, w bardzo cienkiej warstwie (dobrze widocznej na wypukłości dna pojemnika) – żółtawozieloną. Olej ten jest dichromiczny, czyli dwubarwny. Niektóre kolory są efektem odpowiedniej proporcji poszczególnych kolorów podstawowych, a dodatkowo nasze receptory światła są na nie czułe w różnym stopniu. Gdy dodamy do tego efekt związany z różnicą drogi optycznej, możemy wręcz przestać dostrzegać pewne składowe (zielone i niebieskie), zagłuszane przez inne (czerwone), lepiej dla nas widoczne przy grubszych warstwach cieczy.

***

Uwaga!

Redakcja nie ponosi odpowiedzialności za ewentualne szkody powstałe wskutek doświadczeń.

***

Zestaw przyrządów i materiałów

olej z pestek dyni, 3 pojemniki na mocz, pisaki, papierowy ręcznik, słoik po oliwkach, latarka emitująca niebieskie światło, blok techniczny, farby plakatowe, pędzelek

Czas przygotowania: 3 godz.

Koszt: 85 zł

***

Wiedza w pigułce

Kolory istnieją… ale tylko w naszej głowie. Mogą być wrażeniami zupełnie niezwiązanymi ze światem fizycznym – nie tylko po zażyciu substancji zmieniających stan umysłu i postrzeganie otoczenia. Kręcąc pomalowanym w czarno-białe wzory dyskiem Benhama, przy pewnych prędkościach dostrzeżemy czerwienie i zielenie. Zwykle jednak to poszczególne długości fal elektromagnetycznych wywołują konkretne doznania kolorystyczne. Przy długości fali 400– 460 nm zobaczymy kolor niebieski, a powyżej 600 nm – intensywnie czerwony. Białe światło jest mieszanką fal o różnych długościach. Padając na dany obiekt, niektóre zostają pochłonięte (dzięki chmurom elektronów wokół określonych atomów) lub odbite (także w wyniku interakcji z elektronami). Ujrzymy np. kolor niebieski, jeśli przedmiot będzie odbijał światło niebieskie i pochłaniał inne barwy. Ale nawet tutaj nasze oczy i mózg płatają nam figla – tęcza czy światło rozszczepione przez pryzmat nie zawierają koloru różowego – takie światło nie istnieje, a kolor pojawia się w wyniku pobudzenia trzech receptorów światła (wrażliwych na światło niebieskie, zielone i czerwone) w siatkówce w odpowiedni sposób.

Powstawaniem wrażeń barwnych zajmuje się interdyscyplinarna dziedzina wiedzy określana najczęściej jako teoria koloru. W celach praktycznych definiuje się przestrzenie barw, gdzie każdy odcień ma wartość numeryczną (jego ocena będzie zatem niezależna od subiektywnej wrażliwości odbiorcy). Powszechnie stosuje się przestrzenie barw RGB i CMYK – różnią się one składem barw podstawowych (minimalną liczbą barw, z których mieszania można uzyskać wszystkie inne) oraz sposobem ich łączenia. Bo kolory można dodawać (łączenie addytywne) – a z sumy barw podstawowych (np. światła reflektorów) otrzymamy barwę białą – lub odejmować (łączenie subtraktywne), gdzie po połączeniu wszystkich barwników (np. farb) mieszanina będzie pochłaniać wszystkie kolory padającego światła i uzyskamy kolor czarny. Dlatego addytywne kanały RGB diod są istotne do optymalnego działania ekranów komputerowych, a subtraktywne barwy CMYK w jak najlepszym odwzorowywaniu drukowanych grafik przy ograniczeniach technicznych samych drukarek.