Farge

Fra Wikipedia, den frie encyklopedi
Gå til: navigasjon, søk

Farge, også kalt pigment (av lat. pigmentum, som betyr farge eller fargestoff), er en opplevelse som (hos mennesker) stammer fra de tre forskjellige typene tapper som finnes i øyet. Oppfattelsen av farge påvirkes både av observatørens historie og av korttidseffekter, som f.eks. farger i nærheten. Ordet farge benyttes også for å beskrive egenskaper til objekter eller lyskilder som kan skilles ved hjelp av responsen til de tre typene tapper i øyet.

Pigment er per definisjon et molekyl som absorberer bestemte bølgelengder av lyset og som gjengis i vår hjerne som en farge.

Fargenes fysikk[rediger | rediger kilde]

Elektromagnetisk stråling er en blanding av stråling med forskjellige bølgelengder og intensiteter. Når denne strålingen har en bølgelengde innenfor det området som er synlig for mennesker (omtrentlig fra 380 nm til 740 nm) kalles det lys. Lysets spektrum beskriver energien/intensiteten ved enhver bølgelengde. Hele spekteret av innkommende stråling på øyet fra et objekt er med på å bestemme hvordan vi ser objektet, inkludert dets farge. Som vi skal se, er det mange fler mulige spektre enn fargeoplevelser; faktisk kan man definere en farge til å være hele den mengden av spektre som gir den samme fargeopplevelsen, selv om denne definisjonen vil være begrenset til mennesker, og til og med ha individuelle variasjoner.

Lik refleksjon av rødt, blått og grønt oppleves som hvitt.

En overflate som reflekterer alle bølgelengder like mye, oppleves som hvit, mens en mørk svart overflate absorberer alle bølgelengder. De velkjente regnbuens farger inneholder alle de fargene som finnes i synlig lys og som kun har én enkelt bølgelengde, også kalt de rene spektrale eller monokromatiske fargene.

Frekvensene er tilnærmede og oppgitt i terahertz /THz). Bølgelengdene er gyldige i vakuum og er oppgitt i nanometer (nm). Fargetabellene må ikke sees på som en fullstendig liste – de rene spektrale fargene utgjør et kontinuerlig spektrum, og hvordan de inndeles i separate farger avhenger av smak og kultur; f.eks. identifiserte Newton de syv distinkte fargene rød, oransje, gul, grønn, blå, indigo og fiolett.

Videre er det slik at intensiteten av en spektral farge kan forandre dens tilsynekomst betraktelig. For eksempel oppleves gul-oransje lys med lav intensitet som brunt, og lavintensivt gul-grønt blir olivengrønt.

Spektrale versus ikke-spektrale farger[rediger | rediger kilde]

Fargene i det synlige spekteret.
Farge Bølgelengdeintervall Frekvensintervall
Rød ~ 625-740 nm ~ 480-405 THz
Oransje ~ 590-625 nm ~ 510-480 THz
Gul ~ 565-590 nm ~ 530-510 THz
Grønn ~ 500-565 nm ~ 600-530 THz
Turkis ~ 485-500 nm ~ 620-600 THz
Blå ~ 440-485 nm ~ 680-620 THz
Fiolett ~ 380-440 nm ~ 790-680 THz

Kontinuerlig spektrum:
Spectrum441pxWithnm.png
Tilrettelagt for monitorer med gamma 1.5.

De fleste lyskilder er ikke rene spektrale (monokromatiske) kilder, men stammer fra en blanding av lys med forskjellige bølgelengder og intensiteter. For menneskets øye er det imidlertid veldig mange spektre som kan oppleves som den samme fargen. For eksempel er det slik at når en data-monitor skal vise fargen «oransje», viser den ikke monokromatisk oransje med bølgelengde som vist i tabellen, men heller en blanding av to deler rødt og én del grønt lys. Dersom du skriver ut denne siden på en fargeskriver, vil du oppnå enda et annet kontinuerlig spektrum som også oppleves som oransje. Bakgrunnen for dette er pigmentene i øyet (se under).

Et anvendelig mål for denne egenskapen er den dominante bølgelengden, som visuelt matcher monokromatisk lys av en gitt bølgelengde med en ikke-spektral lyskilde som gir den samme fargeopplevelsen. Dominant bølgelengde kan sees på som den den formelle bakgrunnen for det populære og anvendelige konseptet fargetone.

I tillegg til de mange lyskildene som kan synes spektrale, er det mange farger som per definisjon ikke kan være spektrale enten på grunn av avmetning eller fordi de er såkalte purpurfarger (som ikke gjenfinnes i regnbuen). Noen eksempler på nødvendigvis ikke-spektrale farger er de akromatiske fargene (svart, grå og hvit) og andre farger som rosa, og hudfarge.

Farger i bølgeligningen[rediger | rediger kilde]

Farge, frekvens og energi for lys.
Farge \lambda \,\!/nm \nu \,\!/1014 Hz \nu_b \,\!/104 cm-1 E \,\!/eV E \,\!/kJ mol-1
Infrarød >1000 <3.00 <1.00 <1.24 <120
Rød 700 4.28 1.43 1.77 171
Oransje 620 4.84 1.61 2.00 193
Gul 580 5.17 1.72 2.14 206
Grønn 530 5.66 1.89 2.34 226
Blå 470 6.38 2.13 2.64 254
Fiolett 420 7.14 2.38 2.95 285
Nær ultrafiolett 300 10.0 3.33 4.15 400
Ultrafiolett <200 >15.0 >5.00 >6.20 >598

Bølgeligningen beskriver oppførselen til lys, og man burde dermed kunne beskrive farger ved hjelp av matematiske egenskaper til bølgeligningens løsninger. Imidlertid er konseptet farge så nært knyttet til det menneskelige syn, at man også må kjenne til dette. For kompletthets skyld tar vi allikevel med en enkel bølgeligning for lys i vakuum:

utt=c2(uxx+uyy+uzz)

Her er subskripene betegner partiellderiverte, og c er lyshastigheten. Dersom vi ser på et bestemt punkt (x,y,z) i rommet og ser på løsningen u(x,y,z,t) som en funksjon av t, får vi et signal. Dersom vi beregner den fouriertransformerte av dette signalet, får vi et frekvensspekter som beskrevet over. Hver frekvens har en amplitude og en fase. Frekvensen multiplisert med Plancks konstant h bestemmer energien til et foton av den relevante komponenten. Kvadratet av amplituden representerer intensiteten, som er mengen energi per tidsenhet gjennom et enhetsareal normalt på lysets retning. Lysets fase kan derimot ikke observeres direkte, men kan gi opphav til forskjellige interferenseffekter. De fleste lyskilder har tilfeldig fordeling av faser, men lasere er mer effektive da alle fotonene har samme fase.

Fargesyn[rediger | rediger kilde]

Selv om fargens eksakte status er et tema som stadig fører til filosofiske debatter, er farge vanligvis ansett som et psykologisk fenomen som kun finnes i vår bevissthet. Et «rødt» eple sender ikke ut «rødt» lys, og det er villedende å si at gjenstander har en objektiv farge. Det er heller slik at et eple absorberer lys av forskjellige bølgelengder som treffer det fra forskjellige retninger i ulik grad, noe som igjen gjør at vi opplever det som rødt. Eplet oppleves altså som rødt kun fordi mennesker opplever lys med forskjellige bølgelengder forskjellig, og fordi vi har et språk til å beskrive disse forskjellene.

I 1931 utviklet en ekspertgruppe kalt «Commission Internationale d'Eclairage» (CIE) en matematisk fargemodell. Premissene brukt av CIE var at farge er en kombinasjon av tre ting: en lyskilde, et objekt og en observatør. CIE kontrollerte hver av disse variablene nøye i et eksperiment som gav data om menneskets fargesyn. Selv om Aristoteles og andre vitenskapsmenn tidlig spekulerte rundt lysets og fargesynets natur, var det først med Newton at lys ble identifisert som kilden til en fargeopplevelse. Goethe studerte teorien om farger, og i 1801 foreslo Thomas Young trikromatisitetsteorien som senere ble forbedret av Hermann von Helmholtz. Teorien ble bekreftet i 1960-årene og er beskrevet under.

Normaliserte typiske menneskelige tappabsorbsjonskurver

Retina i det menneskelige øye har tre forskjellige typer fargereseptorer kalt tapper. Den ene typen er relativt forskjellig fra de to andre og er mest følsom for lys vi opplever som fiolett med bølgelengder rundt 420 nm. Disse kalles ofte S-tapper. De to andre typene tapper er relativt like og mest følsome for lys vi opplever som grønt eller grønnaktig. Disse refereres til som L-tapper, som er mest følsome for lys rundt 564 nm, og M-tapper, som er mest følsomme rundt 534 nm.

Følsomhetskurvene for tappene er noenlunde klokkeformede, og overlapper betydelig. Det inkomne signalspekteret blir dermed i øyet redusert til tre verdier gitt av responsen til de tre typene tapper, ofte kalt tristimulusverdier. Fordi det er en overlapp mellom de forskjellige sensitivitetsområdene for de tre typene tapper, er det umulig å stimulere kun én av tappene. For eksempel er det umulig å kun stimulere M-tappene uten å stimulere både S- og L-tappene også. Mengden av alle mulige kombinasjoner av tristimulusverdier er dermed begrenset, og definerer det menneskelige fargerom. Man har estimert at mennesker klarer å skjelne omtrent 10 millioner forskjellige farger fra hverandre, selv om gjenkjennelsen av en enkelt farge er høyst subjektiv.

Strukturfarge[rediger | rediger kilde]

Fargespillet i en oljeflekk er strukturfarger som skyldes interferens i den tynne oljefilmen.

Strukturfarger kommer fra interferens, og skyldes ikke refleksjon fra pigmenter. Dette fenomenet kalles også irisering, og oppstår der det finnes smale parallelle linjer, tynne lag av et materiale, eller andre mikrostrukturer i samme størrelsesorden som bølgelengden til lys. Hvis mikrostrukturene er vilkårlig fordelt, oppstår lys med kort bølgelengde. Dette forårsaker blåfargen til himmelen, og fargen på regnbuehinnen hos blåøyde mennesker. Dersom mikrostrukturene er ordnet i rekker og kolonner, kan de virke som et diffraksjonsgitter. Slik oppstår regnbuefargene som en kan se på baksiden av en CD.

Et velkjent eksempel på strukturfarge som oppstår i et tynt lag, er de mange fargene en kan se når olje søles på en vanndam. Olje er lettere enn vann, og flyter utover i et tynt lag på vannet. Dette laget er ofte ikke tykkere enn et oljemolekyl. En del av lyset som kommer inn ovenfra, vil reflekteres i overgangen mellom olje og vann. På veg oppover treffer det reflekterte lyset innkommende lys, som det interferer med, og mange ulike farger oppstår.

Blå og grønne farger hos dyr er som regel strukturfarger. Slike farger finnes på fuglefjær, og på vingene til insekter, som biller og sommerfugler. Skjellkrypdyr har mikrostrukturer i skjellene som skaper disse fargene.

Se også[rediger | rediger kilde]

Eksterne lenker[rediger | rediger kilde]