Kan I blande farver med lys?

Transkript

1 Kan I blande farver med lys? Nøgleord: Materiale: Varighed: Farveblanding med lys (additiv farveblanding), Primær farver, Sekundærfarver Fysisk øvelse - NB! kræver særlig forberedelse - 3 dioder (rød, grøn og blå) - 2 elektronik-modstande, 180 ohm (til rød og grøn diode) - 1 elektronik-modstand, 120 ohm (til blå diode) - 9 ledninger med krokodillenæb. Kan købes på: aspx?page=article&artno=h20349 (49 kr) - Batteriholder med 4 AA-batterier. kan købes på: aspx?page=article&artno=h10388 (18 kr) - Modellervoks, flamingo eller andet til at bruge som holder af dioder og modstande. - Et stykke hvidt papir 1-2 lektioner (Eksperimentet kræver, at man laver et elektronisk kredsløb, hvilket ikke er specielt svært, men hurtigt kan komme til at tage meget tid). Det handler øvelsen om: Med tre dioder skal eleverne blande farver. De skal eksperimentere med, hvilke farver de kan blande sig frem til med primærfarverne rød, grøn og blå. Når eleverne lyser med lamperne på samme sted, bliver lampernes lysintensiteter lagt sammen, og eleverne oplever en blanding af deres farver. Ved at justere lysstyrken af de enkelte farver kan eleverne blande sig til alle andre farver. Hvis de tre dioder lyser på samme sted og lige kraftigt, vil blandingen opfattes som hvid. At bruge rød, grøn og blå til at blande farver kendes også fra fjernsyn og mobiltelefoner, hvor hvert lille felt (pixel) indeholder en rød, en grøn og en blå lampe. Forsøgsbeskrivelse: Nogle skoler har formentlig udstyr til at vise dette forsøge med andre materiale en dioder - det kan være i form at tre lamper med filter, tre filtre til gammeldags overhead-projektorer eller noget helt tredje. Tjek at batteriholderen er slukket. Nu skal der laves en diode-station for hver farve, altså tre i alt. Se video af forsøg under øvelse 3.4. på fortsættes

2 fortsat Forbind en ledning mellem diodens korte ben og den dertil hørende modstand (blå dioders modstande er anderledes). Stik både diode og modstand i et stykke modellervoks, så den kan holde sig selv. Diodens lange ben tilsluttes med en ledning til batteriholderens plus-pol (rød) Det ben af modstanden, der ikke er tilsluttet endnu, tilsluttes med en ledning til batteriholderens minus-pol (hvid eller sort) Når alle tre diodestationer er samlet og tilsluttet, tændes batteriholderen. Nu bør alle tre dioder lyse. Tag et stykke papir og lad dioderne lyse på samme punkt på papiret. Flyt dioderne tættere på og længere væk fra papiret for at justere farven. Opmærksomhedspunkter: Hvilke farver kan I blande med de tre dioder? Hvilken farver får I, hvis I blander rød og grøn, rød og blå, og grøn og blå? Er det lige meget for farven, hvor langt dioderne står fra papiret? Uddybende begrebsforklaring Additiv farveblanding Additiv farveblanding er frembringelsen af en lysfarve ud fra en blanding af 2 eller 3 andre farver lys. At addere betyder at lægge til. Ved additiv farveblanding starter man uden noget (intet lys / sort), og tilføjer lys og farver til mørket. Når to farvede lamper lyser mod samme sted, lægges lyset sammen. Dvs. at lysstyrken øges, og farven opleves som en blanding af de to oprindelige farver. Hvis f.eks. en rød og en gul lampe lyser på samme område, vil man opleve en orange farve. Ved additiv farveblanding er primærfarverne rød, grøn og blå, sekundærfarverne cyan, magenta og gul. Figur 1 Additiv farveblanding anvendes i farvefjernsyn, computerskærme og f.eks. i teatrets lyssætning. En computerskærm

3 består af pixels, og hver pixel indeholder en lampe for hver af de tre primærfarver. Lysstyrken på lamperne kan justeres for at blande alle andre farver. Når alle tre lamper er slukket, er skærmen sort. Når alle tre lamper er tændt, bliver skærmen hvid. Blanding af to lamper med komplementære farver (f.eks. blå og gul) opleves som hvid. Synssansen, øjnene og hjernen Størstedelen af vores information fra sanserne kommer via synssansen. Vores syn er på ingen måde unikt. Der er dyr, der både kan se flere detaljer og flere farver, end vi kan. Til gengæld er vores behandling af synsindtrykket i hjernen helt unik. Hvor mange dyr kræver bevægelse for overhoved at opdage et andet dyr, kan vi lave mange forskellige tolkninger på det, vi ser. Et nyfødt menneske kan kun registrere lys og mørke, og synsevnen er først endeligt udviklet i seksårsalderen. Derefter har alle mennesker stort set samme syn, dog med variation ift. alder, sygdomme o.l. I det følgende gennemgås øjnenes placering, øjets opbygning, farvesynet og til sidst hjernen og dens behandling af signalet fra øjnene. Øjnenes placering: Før der fokuseres på det indvendige af øjnene, kan det være interessant at overveje øjnenes placering på hovedet. Hvorfor har en ugle øjnene placeret, så begge kigger fremad, mens en ko har sine øjne placeret ude på siden af hovedet? Begge dele har fordele og ulemper. Når begge øjne peger fremad, vil de se meget af det samme område, og pga. afstanden mellem de to øjne bliver det muligt at fornemme dybde, dvs. at man kan afstandsbedømme f.eks. hen til et byttedyr. Hvis man lukker det ene øje, bliver det derfor meget svært at afstandsbedømme, hvilket kan opleves ved, at man forsøger at gribe en bold med det ene øje lukket. En ko kan ikke afstandsbedømme, da dens øjne sidder på hver sin side af hovedet. Til gengæld kan køer se ca. 280 omkring sig, og hvis de drejer hovedet kan de reelt se 360 uden at bevæge sig. Til sammenligning kan en ugle se ca. 110, hvoraf de midterste 70 ses af begge øjne og giver dybdefornemmelsen. Så hvorfor denne forskel: Uglen er rovdyr, hvorimod koen er et byttedyr. Det er vigtigt for uglen at kunne gribe en mus med kløerne, hvorimod koen har brug for hele tiden at være på udkig efter rovdyr Figur 9 - Dækning af omgivelserne for menneskets stereosyn og koens syn generelt. Til sammenligning har mennesker et syn på ca. 170, hvoraf de midterste ca. 120 ses af begge øjne. Der er reelt kun et helt skarpt syn i de midterste 2, hvilket nogenlunde svarer til størrelsen af en tommelfingernegl, når man strækker armen. Øjets opbygning: Figur 10 Illustration af øjet i tværsnit

4 På Figur 10 ses en illustration af et øje. Rundt om på ydersiden af øjet findes seks øjenmuskler, hvormed man kan dreje øjet lidt til siderne og op og ned uden at man bevæger hovedet. Yderst på øjet findes hornhinden, som er den, man sætter sine kontaktlinser på. Hornhinden er meget sej, svær at beskadige og beskytter selve øjet mod fremmedlegemer. Bag hornhinden er den farvede regnbuehinde (også kaldet iris), der kan udvide og mindske pupillen (hullet) for at justere mængden af lys, der kommer ind i øjet. Dernæst rammer lyset linsen, der bruges til at fokusere på det, vi kigger på. Musklerne i kanten af linsen kan ændre linsens form, og det er det, der gør, at vi kan fokusere tæt på og langt væk. Når musklerne er helt spændte, fokuserer vi på noget, der er tæt på. Derfor anbefales det, at man sørger for at slappe af i musklerne, når man f.eks. læser en bog, ved engang imellem at kigge på noget, der er langt væk. Når man kigger på noget fjerntliggende gennem en lup, vil man opleve at tingene ses på hovedet. På samme måde vil linsen vende billedet om. Det billede, vi opfatter med vores øjne, vender altså på hovedet, men hjernen vender billedet om igen. Øjet er fyldt ud af glaslegemet, der er gennemsigtigt og primært sørger for, at øjet ikke klapper sammen. I glaslegemet findes nogle bitte små partikler, der kaldes flydere. De opleves som langsomt bevægende halvgennemsigtige ting i synsfeltet og opleves oftest, når man kigger på noget lyst, f.eks. himlen. Flydere er muligvis det mindste vi kan se, ca. 300 nm lange og kun nm tykke (en nanometer = 10-9 m = 0, = en milliontedel millimeter). Lyset udefra ender på nethinden, hvor det registreres af tre typer af receptorer, stave, tappe og gangliaceller. Stavene (ca. 120 mio. pr. øje) er meget følsomme og kan aktiveres af blot én photon (lyspartikel). Det er stavene, der sørger for vores nattesyn, og de kan ikke registrere farver, hvilket er grunden til, at vi ikke kan se farver om natten. Tappene står for vores farvesyn og beskrives nærmere i næste afsnit. I 2002 blev der opdaget en tredje type receptorer i øjet, gangliaceller, der er med til at styre døgnrytmen. Gangliacellerne er primært placeret i den nederste del af øjet og reagerer på blåt lys. Således vil lyset fra himlen have en klar påvirkning af vores døgnrytme. På nethinden findes den blinde plet, hvor der ingen receptorer er. Her samles alle de ca. 1,2 mio. nervetråde fra receptorerne i øjet og føres via synsnerven til hjernen som elektriske impulser. Farvesynet: Tappene er de receptorer på vores nethinde, der giver os farvesynet. Vi har ca. 7 mio. tappe i hvert øje, og de er primært placeret i den centrale del af øjet og fungerer kun i kraftigt lys. Vi har tre forskellige typer af tappe, der normalt beskrives som Kort, Mellem og Lang. På nedenstående figur ses følsomheden for de enkelte typer af tappe (på engelsk kaldes tappene for S, M og L, for short, middle og long). Figur 11 Følsomheden af de menneskelige tapceller. Mange kalder de forskellige tappe for blå, grønne og røde tappe. Det er en fin måde at tænke dem på, men det er

5 grundlæggende forkert, da de enkelte typer af tappe i sig selv er farveblinde. Det er kombinationen af signalerne fra alle tre forskellige typer af tappe, der gør det muligt at se de forskellige farver. Desuden kan man se i Figur 11, at Mellem- og Langtappene dækker stort set samme del af spektret. Det ses også at Lang-tappene (de røde ) bedst kan registrere den grøn-gule del af spektret (ved 564 nm). Når øjnene skal sende besked om en farve til hjernen, bliver det sendt som fire forskellige farver, nemlig rød, grøn, gul og blå. Farven deles op i to signaler, nemlig rød/grøn, gul/blå. De to farvesignaler rød/ grøn og gul/blå er modstående til hinanden, dvs. at øjet enten fortæller hjernen, at der er en mængde af rødt eller en mængde af grønt (eller ingen af delene) i et givent punkt. Øjet kan ikke fortælle, at der både opfattes rødt og grønt i samme område på en gang. På samme måde kan man enten opfange gult eller blåt (eller ingen af delene). Udover farvesignalerne sendes et sort/ hvidt signal som en værdi for intensiteten, og det har derfor ikke noget med farveopfattelsen at gøre, men kun hvor kraftigt lyset er på det givne område. Hvis man ser på noget hvidt, vil man opfatte rødt, gult, grønt og blåt lys som lige kraftige. Derfor vil både rød/grøn- og gul/blå-signalerne være nul (altså hverken eller). I stedet vil sort/hvid-signalet være kraftigt for at give besked om høj lysintensitet. Vi har ikke lige mange Kort-, Mellemog Lang-tappe. Der er ca. 64 % Lang, 32 % Mellem og 4 % Kort, dog er Kort-receptorer betydeligt mere følsomme end de to andre typer tappe, hvilket opvejer det meget lavere antal en smule. En vigtig del af øjets regulering er adaptation, hvilket er justering af signalet fra receptorerne. Adaptation skruer op for signalet, når det er svagt og skruer ned for signalet, hvis der kommer meget lys. Uden denne funktion ville det ikke være muligt både at kunne se noget om natten og ved højlys dag. Adaptation er desuden mekanismen bag efterbilleder. Hjernen: Vores indtryk fra øjnene bliver sendt om bagest i hjernen, hvor synscenteret er placeret sammen med mange af de andre sansecentre. Det blev opdaget under første verdenskrig, at hjernens funktioner er delt op i centre. En russisk læge bemærkede, at der bl.a. var nogle soldater, der havde mistet synet, selvom deres øjne intet fejlede. De var alle sammen blevet ramt det samme sted i baghovedet. Synscenteret deler man op i seks dele (V1 til V6), hvor alt sker ubevidst. I de lavere centre sker de første basale behandlinger, såsom der kommer noget mod mig, flygt!. Mens der i de højeste centre analyseres ting som, det er en flaske med en rød etiket. I synscenteret sker altså en del behandling, for at man kan forstå de signaler, man får fra øjnene. Efter den umiddelbare registrering af former og farver sker en del korrektion både øjeblikkeligt og løbende. Farvesynet korrigeres for farvekonstans, så man kan sammenligne det man ser med tidligere erfaringer. Derudover sker en masse andre korrektioner som f.eks. forstærkning af farveforskelle ved simultankontrast.