Nyere forskning stiller imidlertid spørsmålstegn ved at sellene på netthinna blir overbelastet av lys fra et bilde som vist over og forsøker å utvikle alternative teorier som involverer synssentra i hjernen. Den samme effekten kan oppnås ved å stirre på et punkt mellom øynene til spøkelset på figuren til høyre. Etter ca. 30 sek. flytter du blikket raskt til midten av borgen. Da vil du se et hvitt spøkelse som svever inne i borggården. Opplevelsen av farger er en annen viktig side ved synssansen vår. I det neste avsnittet skal vi se nærmere på hva farger er og vår tolkning av farger. 2.2.2 Farger Et lysspekter kan oppstå på de mest uventede steder og på de merkeligste måter. Spekteret på bildet under viste seg på flisene over kjøkkenbenken en morgen i oktober. Som vi ser så er det tre spekter som ligger på rekke å rad. Ved å følge lysstrålene var det ikke vanskelig å spore fenomenet tilbake til tre små krystall-blomster i vinduskarmen. Hver av de tre Swarovski-blomstene måler ikke mer enn 4 cm, men gir de vakreste spektrene på veggen over kjøkkenbenken når sola og blomstene står i riktig posisjon. Litt enkel fargelære Så tidlig som på 1400-tallet uttalte Leonardo da Vinci (1452-1519) at det fantes seks primære farger, de to kulørte parene rød og grønn, og blå og gul, i tillegg til det ukulørte paret sort og hvit. Ut fra disse fire rene fargene mente han at alle andre farger kunne blandes. Fargeparene rød-grønn og blå-gul kalles ofte opponente farger. Dette kommer av at vi ved å blande rødt og grønt ikke får en rød-grønn farge, men en brunlig farge. På samme måte som vi ikke får en gul-blå farge når vi blander gul og blå, men en grønnlig farge. Disse fire fargene kalles også unike eller elementære farger og kan vis- 102
uelt bestemmes ved at de ikke inneholder noen av de andre fargene. Ren gul er den som hverken inneholder rødt eller grønt. Det samme gjelder ren blå [1]. En måte å organisere fargene på er i en fargesirkel 18. Her ser vi at de nevnte fargeparene står diamentralt overfor hverandre i sirkelen. En gang på 1600-tallet gjorde den engelske vitenskapsmannen Isaac Newton (1642 1727) et interessant forsøk. Han satte opp et glassprisme foran et lite hull i rullegardinen som han trakk ned foran vinduet på laboratoriet sitt, slik at bare en tynn stripe med lys slapp gjennom. Han lot strålen treffe et glassprisme, og så hvordan lyset ble splittet opp i alle regnbuens farger. På bakgrunn av dette og lignende eksperimenter, antok han at det hvite sollyset var sammensatt av alle fargene i regnbuen, men at de ble avbøyd forskjellig når de passerte gjennom glassprismet slik at de dannet et fargespekter. Vi kan oppnå det samme ved å skjerme av lyset fra en lampe med en svart skjerm med spalter, som vist på figuren under. Et prisme spalter lyset i et fargespekter Lampe Spekter Blå Skjerm m/spalter Prisme Rød Det røde lyset avbøyes minst, mens det blå avbøyes mest. Hvitt lys kan være så mangt. Dersom vi ser på sollyset med et lite håndholdt spektroskop 19 (se bildet til høyre), vil vi se et flott kontinuerlig spekter. Ser vi derimot på det hvite lyset fra et lysstoffrør, vil vi oppdage at spekteret ikke er kontinuerlig, men består av brede linjer. Også PC-skjermen kan frambringe hvite lys. Ser vi på skjermen med et forstørrelsesglass vil vi oppdage 18. Fargesirkelen er hentet fra http://www.acs.appstate.edu/~kms/classes/psy3203/color/ colorcircle.htm 19. Kan kjøpes hos KPT Naturfag. 103
at de hvite flatene består av utallige små røde, grønne og blå prikker. Spekteret fra den hvite flata gir da også tre linjer i spekteret sett gjennom spektroskopet. Det øyet ser som hvitt lys kan derfor være så mangt. Vi kan relativt lett lage et prisme som gjør oss i stand til å eksperimentere med ulik væsker med forskjellig brytningsindeks. Lag selv: 13 Materialer: Pleksiglass (tykkelse 1-5 mm) Verktøy: Baufil (eller båndsag) Linjal Tynn tusj, vannfast Vanlig lim (Karlsons) og flytelim Alder: Ca. 15 år 1. Skjær til tre rektankler i pleksiglass med dimensjoner 4 6 cm. Merk av dimensjonene med vannfast tusj og skjær med baufil eller fintinnet båndsag. Puss kantene slik at de er jevne. 2. Sett langsidene til platene inntil hverandre og legg godt med smeltelim i sporet. Det er viktig at dette blir helt tett. Sørg for at ingen av de tre platene stikker lenger ned enn de andre. Prisme Smeltelim langs kanten 60 Smeltelim langs kantene 3. Bruk grunnrisset til prismet til å lage en bunnplate. Smør Smeltelim Trekantet bunnplate godt med vanlig lim rundt den nederste kanten av prisme og press det ned mot bunnplata. Sørg for at det blir helt tett. 4. Fyll prismet med vann eller en annen væske og slipp en lysstråle på skrå inn mot en av sideflatene og se hva som skjer. 104
Vi fyller prismet med vann fra springen og slipper en smal lysstråle inn mot prismet. Rødt Fiolett Ut av prismet vil vi kunne få flere spekter som vi skal se. Men i spekteret til høyre på figuren over, kjenner vi igjen fargene rød, orange, gul, grønn, blå, indigo og fiolett, fra høyre mot venstre. Rødt brytes minst, fiolett mest. I dette tilfellet fylte vi prismet med vann. Vann er imidlertid ikke den væsken som bryter lyset mest. Det finnes andre blanke væsker som vi kan fylle prismet med for å øke brytningsindeksen. Brytningsindeks Brytningsindeksen til et stoff eller en væske forteller oss hvor fort lyset går i stoffet i forhold til lyshastigheten i vakum. Brytningsindeksen blir imidlertid meningsløse dersom vi ikke samtidig angir ved hvilken frekvens målingene er gjort. Målingene som er referert her er gjort ved lys med bølgelengde ca. 590 nm (gul). Brytningsindeksen for vann ved denne bølgelengden er 1.33. Det betyr at lyset går 1.33 ganger raskere i vakuum enn i vann. Brytningsindeks for vann = Lyshastighet i vakuum ----------------------------------------------------- Lyshastigheten i vann (2.1) Dersom vi har brytningsindeksen for et stoff kan vi beregne lyshastigheten gjennom stoffet ved hjelp av følgende sammenheng: Brytningsindeksen for stoffet Lyshastigheten i stoffet = --------------------------------------------------------------------- Lyshastigheten i vakuum (2.2) Tabellen under angir brytningsindeksen for noen stoffer. 20 Stoff Indeks Stoff Indeks Stoff Indeks Vann 1,33 Vegitabilsk olje 1,47 Diamant 2,417 Pyrexglass 1,474 Glyserol 1,473 Kvarts 1,544 1,553 Pleksiglass 1,488 Øyelinsa 1,41 Vakuum 1.000 105
Jo større brytningsindeks et stoff har, jo mer vil lyset bli avbøyd og de ulike fargeene spredt utover. Vi legger spesielt merke til at glyserol har omtrent samme brytningsindeks som pleksiglass og vesentlig høyere enn vann. Det vil derfor være interessant å undersøke om et pleksiglassprisme fyllt med glyserol gir et spekter med færre. Videre kan vi merke oss at diamant har ekstrem brytningsindeks hvilket sannsynligvis er årsaken til at diamanten er kjent for sitt fine spill av farger og reflekser. Forskerspiren: 3 Spekteret for et pleksiglassprisme Undersøk spekteret for et pleksiglassprisme fyllt med forskjellige gjennomsiktige væsker. Finn bredden og avbøyningen av spekteret for de ulike væskene. Mål også brytningsvinkler for lyset for prismer fyllt md ulike væsker. Fotografer, analyser og dukumenter spektrene. Fargenes og lysets natur Newton hevdet lenge at lys var små kulerunde partikler (corpuscler) som beveget seg langs rette linjer. Han hadde liten tro på at lys hadde bølgenatur. Men i 1803 la den engelske legen og fysikeren Thomas Young (1779-1829) fram klare beviser for at lys oppførte seg som om det var bølger, ved et meget enkelt og elegant forsøk. 21 Selv om Youngs forsøk indikerer at lys har bølgenatur, finnes det også eksperimenter som tyder på at lys er partikler. En har derfor måttet erkjenne at en ikke helt forstår lysets sanne natur og har godtatt at det i noen sammenhenger oppfører seg Thomas Young som om det er partikler og i andre som bølger. Selv om Newton uttrykte at lysstråler i seg selv ikke har farge ( The rays are not coloured ) så mente han at det var en nær sammenheng mellom lysets fysiske egenskaper og den fargeopplevelse som disse frambragte hos observatøren. Imidlertid skulle det vise seg at dette ikke var så selvsagt. Dikteren og amatørvitenskapsmannen Johann Wolfgang von Goethe (1749-1832) hadde et noe annet syn på farger. Han tok utgangpunkt i synsopplevelsen og studerte bl.a. etterbilder og fargede skygger. La oss først se litt på fargede etterbilder. 20. Se også http://www.robinwood.com/catalog/technical/gen3dtuts/gen3dpages/ RefractionIndexList.html 21. Bildet av Thomas Young er hentet fra: http://en.wikipedia.org/wiki/thomas_young_(scientist) 106
Fargede etterbilder Vi har tidligere sett at sort/hvitt bilder gir negative etterbilder som også er stort/hvitt. Det er naturlig å spørre hvordan etterbildet til et farget bilde ser ut. Goethe forslo å benytte et farget silketørkle lagt på hvit bakgrunn. Etter å ha stirret en stund på tørkledet, fjernes det brått slik at en ser ned på den hvite flaten under. En vil da se et tydelig etterbilde. Dersom tørklet har fargen grønn vil etterbildet bli rødlig eller rosa. Dersom tørkledet er blått, blir Se etterbildet her etterbildet gult. Du kan gjenta forsøket til Goethe ved å stirre på den grønne sirkelflaten på figuren over. Eksperiment: 51 Etterbilde i farger Under har vi vist et flagg. Stirr på det i ca. 40 sek. og flytt deretter blikket til en hvit flate. Du vil da ganske riktig se det amerikanske flagget, med hvite stjerner på blå bunn, og hvite striper på rød bunn. I dette bildet har vi tatt utgangspunkt i de fargene vi normalt vil se i etterbildet. På denne måten vil etterbildet bli slik vi er vant til å se det amerikanske flagget. Denne spesielle tilleggseffekten får vi selvfølgelig bare når fargene er knyttet til gjenkjennelse av objektet. Av disse enkle eksperimentene kan vi slutte at øyet under gitte betingelser ser farger som ikke er der. Årsaken til dette er en ubalanse i følsomheten til de ulike tappene, som oppstår pågrunn av den ujevn fargeeksponering på netthinna når vi stirrer på flagget. Det som skulle ha sett ut som en hvit flate, ser dermed ut til å være farget. En populær forklaring på denne effekten er at siden bakgrunnen for stjernene er gul, vil bildet i dette området på netthinna slite ut de tappene som er sensitive for gult. Dermed vil disse tappene gi litt svakere respons når blikket flyttes til den hvite flaten. De uthvilte tappene blir domminerende, og vi synes vi ser en blå farge bak stjernene. 107
Nyere forskning har imidlertid vist at prosessene bak etterbilder sannsynligvis er mer sammensatt enn man tidligere har trodd, og at effekter på høyere bevissthetsnivåer er involvert. Årsaken til dette er at etterbilder opptrer ved lysintensiteter langt under det som skulle gi metningseffekter i tappene. Komplementærfarger, additiv og subtraktiv fargeblanding På bakgrunn av sine mange observasjoner, laget Goethe en fargesirkel (se figuren til høyre), hvor bildets og etterbildets farger står diametralt overfor hverandre. Det er vel ikke urimelig å anta at han var inspirert av Leonardo da Vinci (jfr. side 102). Diametralt motstående farger går under mange navn. Goethe kalte dem bl.a. for opposite eller motfarger (jfr. side 102), i dag kaller vi dem komplementære farger. Ut fra fargesirkelen til Goethe, kan vi slå fast at komplementærfargen til guloransje er blå og komplementærfargen til purpur er grønn, mens fiolett er komplementærfargen til gult. En hver farge vil ha en komplementær farge. Generelt vil lys med to farger være komplementære dersom en får hvitt lys når de to fargene blandes. Dersom vi blander lys fra to kilder med innbyrdes komplementære fager, får vi hvitt lys. Blanding av farget lys kalles derfor additiv fargeblanding. Blanding av to fargestoffer (maling) med innbyrdes komplementære farger, gir svart. Slik blanding kalles derfor subtraktiv fargeblanding. Rød Magenta Blå Cyan Grønn Gul Gul Hvit Cyan Blå Sort Rød Grønn Magenta Additiv fargeblanding Subtraktiv fargeblanding I additiv fargeblanding brukes de rene fargene rød, blå og grønn. Slik blanding er vanlig i TV- og dataskjermer (RGB). Vi legger også merke til at når grønt og rødt lys blandes får vi gult, når rødt og blått lys blandes får vi magenta, og når blått og grønt lys blandes får vi cyan. Når lys med alle tre farger blandes, får hvitt lys. Ved subtraktiv fargeblanding, som benyttes ved blanding av pigmenter (maling, trykk) så benyttes fargene magenta, gul og cyan. Sammen med sort danner disse 108
blandingssystemet CMYK som også benyttes når en skal blande farger for trykking av fargebilder. (C-Cyan, M-magenta, Y-yellow og K-key black (mørkhet)). Vi legger merke til at når vi blander fargene magenta og cyan så får vi blå, blander vi cyan og gul får vi grønn og blander vi gul og magenta får vi rød. I tillegg får vi sort når alle tre blandes. Om fargene ikke er mettet vil en blanding av alle tre, gi gråtoner. Grønn Svart regnes for å være fravær av farge, mens hvitt regnes for å være Cyan summen av alle fargene. Gul Blå Rød Ser vi nærmere på fargesirkelen, vil vi se at komplimentærfargene til de tre rene additive primærfargene, rød, grønn og blå (RGB), er de tre subtraktive primærfargene cyan, mangenta og gul (CMYK). Vi har tidligere påstått at blander vi lys med to komplementærfarger, vil vi få hvitt lys. Men vi har også sett at Mangenta dersom vi blander lys med primærfargene rødt, grønt og blått, får vi også hvitt. Hvordan kan det henge sammen? Dersom vi blander komplementærfargene blå og gul skal vi altså få hvitt. Vi vet også at gul dannes ved å blande primærfargene grønn og rød. Vi ser dermed at blanding av komplementærfargene gul og blå er helt ekvivalent med å blande de tre primærfargene, rød, grønn og blå. I de neste eksperimentene skal vi vise subtraktiv og additiv fargeblanding ved enkle hjelpemidler, utstyr som vi kan finne på enhver skole. Eksperiment: 52 Subtraktiv fargeblanding Til dette eksperimentet trengs en overhead prosjektor, og fargefilter med fargene cyan, magenta og gul. Vi skal senere se hvordan vi kan lage slike på en enkel måte. Legg de tre filtrene slik at de delvis overlapper. Studer hvilke farger som framkommer. Gul Rød Magenta Sort Grønn Blå Cyan 109
Bildet over viser resultatet av blandingen av fargene cyan, magenta og gul på en white board-tavle. Vi legger spesielt merke til at feltet der alle tre filterne overlapper, er mørkt eller sort. Vi vet også at det sorte er fravær av reflektert lys. Begrepet subtraktiv blanding synes derfor fornuftig siden vi har subtrahert fargekomponenter og endt opp med sort når alle filtrene overlapper. Når vi blander maling foretar vi en subtraktiv fargeblanding. Eksperiment: 53 Additiv fargeblanding Til dette eksperimentet trengs en overheadprosjektor, fargefilter for rødt, blått og grønt som vist på figuren til høyre. Alle tre fargene må være rene. I tillegg trengs tre små speil og ev. et stativ til å holde speilene. Legg filteret på overheadprosjektoren og snu den slik at den sender lyset ut mot klassen. La tre elever få hvert sitt speil. Hver av dem skal fange en av de tre fargene og rette den reflekterte strålen mot et punkt på en skjerm eller en white board-tavle. Hvilke farge får en når to og to fargeflekker overlapper? Speil Skjerm Overhead Hvilken farge får en når alle tre fargene overlapper? 110
Bildet til høyre viser hvordan Speil eksperimentet kan settes opp. De tre speilene er montert på en papplate med klebemasse og belyses av speilet på toppen av overheaden. Speilene er så rettet mot en white board-tavle til høyre for bildet. Det innfelte bildet i venstre nedre hjørne, viser resultatet av blandingen Rød på tavla. Vi ser at blander vi rødt, blått og grønt lys, får vi hvitt. Vi vet at det Hvit hvite lyset inneholder samtlige farger. Det er derfor fornuftig å Cyan kalle denne blandingen for additiv siden resultatet blir summen av enkelt fargene. Grønn Blå På tilsvarende måte får vi hvitt lys ved å blande komplementærfargene. Gul Magenta Eksperiment: 54 Blanding av komplementærfargene Til dette eksperimentet trengs lysark med komplementærfarger. La oss lage tre arke med følgende fargekombinasjoner. Rød Grønn Blå Cyan Magenta Gul Legg arkene på overheaden, bruk speil og se hva som skjer når komplementærfargene blandes. Problemstilling: 6 Spekteret fra hvitt lys Ved å blande lys med primærfargene rød, blå og grønn har vi sett at vi kan få hvitt lys. Hva vil vi få dersom vi sender dette hvite lyset gjennom et prisme? Ville vi igjen få de tre fargene 111
Lag selv: 14 rød, grønn og blå i spekteret, eller ville vi få et komplett og sammengende spekter. Fargede filter Vi skal nå vise hvordan vi kan lage filter med de rette fargene ved hjelp av programmet Paint. Dette er et program som følger med Windows og som derfor ligger på de fleste datamaskiner. 1. Finn programmet ved å velge ALLE PRO- GRAMMER fra FARGER START-menyen. Under katalogen TILBEHØR finnes programikonet PAINT. Velger du PAINT får da opp følgende programvindu: 2. Vi skal nå komponere de fargene vi trenger. Vi velger derfor FARGER fra menylinja og får opp fargepaletten til venstre i figuren under. Velg DEFINER FARGER og få opp en utvidet dialogboks som vist til høyre. 3. I feltet nederst til høyre i menyen kan vi definere våre egne farger. I feltene rød, grønn og blå kan vi legge inn blandingsverdier for de ulike fargene. Verdien 0 forteller oss at ønsket farge ikke inneholder noe av denne primærfargen. Verdien 255 sier oss at den ønskede fargen inneholder maksimalt av denne primærfargen. Innledningsvis 112
ønsker vi de tre primærfargene rød, grønn og blå. Vi velger maksimalverdien 255 for den aktuelle fargen og 0 for de to andre som vist i lista under. Rød: RØD = 255, GRØNN = 0, BLÅ = 0 - velg: LEGG TIL I EGENDEFINERTE FARGER Grønn: RØD = 0, GRØNN = 255, BLÅ = 0 - velg: LEGG TIL I EGENDEFINERTE FARGER Blå: RØD = 0, GRØNN = 0, BLÅ = 255 - velg: LEGG TIL I EGENDEFINERTE FARGER Etter som vi velger LEGG TIL I EGENDEFINERTE FARGER, legges fargene inn i paletten: EGENDEFINERTE FAREGER nederst til venstre. 4. Så skal vi legge inn fargene cyan, magenta og gul. Vi vet at disse er blandingsfarger av primæfargene rød, grønn og blå. Lista under forteller oss hvordan disse skal blandes. Cyan: RØD = 0, GRØNN = 255, BLÅ = 255 - velg: LEGG TIL I EGENDEFINERTE FARGER Magneta: RØD = 255, GRØNN = 0, BLÅ = 255 - velg: LEGG TIL I EGENDEFINERTE FARGER Gul: RØD = 255, GRØNN = 255, BLÅ = 0 - velg: LEGG TIL I EGENDEFINERTE FARGER Velg OK når samtlige farger er blandet. 5. Deretter skal vi tegne filtrene våre. Dette gjøres ved først å velge farge fra paletten nederst til venstre. Vi velger Cyan. Dernest velger vi gemetrisk form fra menyen til venstre, f.eks. sirkel. Sirkelen spennes ut på tegnebordet ved å trykke ned venstre mustast, holde ned SHIFT-tasten og dra ut sirkelen. Slipp ved ønsket størrelse. C) Velg FYLL MED FARGE B) Velg gemometrisk form lik sirkel A) Velg farge Fyll sirkelen med farge ved å velg FYLL MED FARGE fra menyen til venstre. Gjenta for alle ønskede farger. 6. Utskrift til printer gjøres ved å velge FIL og SKRIV UT. Husk å legg inn transparent i printeren, samt velge transparent i utskriftsmenyen. 7. På tilsvarende måte kan vi skrive ut filter for både subtraktiv og additiv fargeblanding. 113
Som tidligere omtalt splittet Newton opp lyset i de ulike spektralfargene. Ved hjelp av en tynn stråle hvitt sollys og et glassprisme å spalte lyset i alle regnbuens farger. Han funderte på om han ville få tilbake det hvite lyset dersom han tok de ulike fargene i spekteret og samlet dem på nytt i ett lysende punkt. Newton mente at det var sju primære farger: Rød, orange, gul, grønn, blå, indigo og fiolett. Noen ville kanskje ha sløyfet indigo, men Newton mente sju var et hellig tall og at det derfor burde være sju farger i spekteret. Samles de sju fargene ved hjelp av stillbare speil, som vist på figuren til høyre, skulle en tro at en fikk tilbake det hvite lyset. Om Newton noen gang forsøkte å samle spekterets sju farger ved hjelp av speil, er vel heller tvilsomt. Andre har imidlertid senere gjennomført eksperimentet 22. Eksperiment: 55 Newtons fargeskive Vi vet imidlertid at Newton blandet fargene i spekteret på en annen måte. Han fargela en sirkulær plate med de sju fargene som vist på figuren til høyre. Han 15mm tok imidlertid ikke like mye av hver farge, men valgte mengder slik at resultatet skulle bli så nær hvitt som mulig når han snurret skiven fort rundt. Bakerst i heftet finnes en skive som er litt større. Kopier den på en fargekopimaskin og lim den opp på tykk papp eller helst 5 mm finér. Bor to 2 mm hull på hver side av sentrum, ca. 15 mm fra hverandre (se figuren over til høyre). Tre en tråd på ca. 1 m gjennom hullene og knyt sammen, slik at det dannes en løkke på hver 25cm side av skiva, som vist på figuren til venstre. 22. Bildet og stoffet er hentet fra http://physics.kenyon.edu/earlyapparatus/optics/ Seven_Mirror_Apparatus/Seven_Mirror_Apparatus.html 114
Hold en løkke i hver hånd og drei skiva rundt slik at det blir snurr på løkkene på begge sidene. Ved å slakke og stramme løkkene kan du få skiva til å snurre fort rundt. Først den ene veien, så den andre. Hva skjer med fargene når skiva roterer fort rundt. Newton forsøkte å justere fargemengdene slik at blandingen skulle bli nærmest mulig hvitt. I det neste forsøket skal vi lage en skive hvor vi lett kan blande ulik mengde farge av rødt, grønt og blått. Eksperiment: 56 Fargeblanding I dette eksperimentet skal vi blande de tre primærfargene på ulike måter slik at vi får fram en rekke fargeblandinger. Vi lager tre skiver som viset øverst på figuren til høyre. Det finnes større kopier av disse i vedlegg A.6 bak i boka. Lag et hull i midten og klipp en åpning fra midten og ut til kanten. Skjær ut en rund skive i kryssfinér, bor et hull i sentrum og press en ca. 10 cm lang pinne inn i hullet. Fest en skrue med en stoppskive i sentrum av treskiva. Denne skal brukes til å feste fargeskivene. I tillegg kan Fargede skiver Fargeprøve Rund trepinne Skrue m/stoppskive Rund treskive en farget ring festes i sentrum. Denne kan fungere som en fargeprøve. 0,3 0,2 For å unngå at ringene flagrer 0,4 0,1 G når de dreies fort rundt, legges 0,5 1,0 0,1 0,9 en sirkel av plastfolie (overhead transparent) over fargeskivene. 0,6 0,9 0,2 0,8 Plastsirkelen har samme diameter som 0,7 0,8 0,3 0,7 fargeskivene. R 0,9 Andel rød 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 Andel blå Andel grønn 0,6 Rød = 0,1 0,5 Grønn = 0,3 Blå = 0,6 0,4 0,3 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 0,2 0,1 B For å få fram ulike farger, tres de fargede skivene inn i hverandre slik at en større eller mindre sektor av de tre fargene kommer til syne. Hver fargeskive er inndelt i ti sektorer. Disse brukes for å dosere de ulike fargene. Fargetrekanten 23 til venstre kan være til hjelp for å dosere fargene. 115
En bestemmer seg først for en farge i fargetrekanten. Dernest følges linjene inn til de ulike sidene i trekanten hvor en leser av hvor stor del av sektoren som skal vises for å få fram den ønskede fargen. Så monteres skivene i henhold til ønsket blanding. Når skiva settes i kraftig rotasjon vil fargeblandingen framkomme. Om nødvendig kan en feste skiva i en elektrisk drill for å få fart på den. Innerst rundt sentrum kan en ev. legge en prøve av den fargen en ønsker. På den måten kan en se om fargeblandingen stemmer med fasiten. Fargeskivene kan tegners ut i PAINT som beskrevet foran. Fargede skygger, fargeinduksjon og simultankontrast I forlengelsen av studiet av fargede etterbilder, studerte Goethe fargede skygger. Eksperiment: 57 Til dette eksperimentet trengs tre lyskastere med fargene rød, grønn, blå og en hvit skjerm eller vegg. Fargede skygger Cyan (grønn+blå) Gul (grønn+rød) Magenta (rødt+blått) Som vi har sett foran så vil vi få hvitt lys om vi blander rødt, grønt og blått lys i riktig porsjon og intensitet. Plasserer vi en gjenstand eller en arm mellom lyskasterne og skjermen, vil vi oppdage at vi får tre skygger, en fra hver av de tre lyskasterne. Lyset fra de to andre vil imidlertid blande seg der den tredje kaster skygge. To av de tre fargene vil blandes til en tredje farge som vist foran og gi skygger med flotte farger. Også Goethe var opptatt av fargede skygger.i følgende avsnitt skal vi gjengi et forsøk som Goethe beskriver i sin fargelære, teksten er hentet fra [37]. 63. Når solen kaster skygge på en hvit flate, har vi ingen fornemmelse av farve så lenge solen virker med sin fulle kraft. Skyggen viser seg svart, og hvis et motlys kommer til, svekkes den og viser seg grå. 23. Ideen til dette eksperimentet er hentet fra http://www.handprint.com/hp/wcl/colortop.html 116
64. De farvede skygger er avhengig av to betingelser: For det første at et lys på en eller annen måte farver den hvite flaten, for det annet at en skygge opplyses av et motlys. 65. I skumringen stiller vi et lite vokslys på et hvitt papir. Kveldslys Mellom lyset og det avtagende dagslyset stiller vi en blyant på høykant. Dagslyset vil da opplyse, men ikke oppheve skyggen fra vokslyset, og denne viser seg med en herlig blå farge. blåaktig 66. At denne farven er blå merker vi straks, men vi må se nøye etter for å bli sikre på at det hvite papiret har en rødgul farve som kan fremkalle blått i skyggen. På figuren over til høyre har vi gjengitt Goethes oppstilling. Det han straks merket var at skyggen som skyldes talglyset synes å være blå, selv om hverken lysets gulaktige lys eller kveldslyset var blått. I punkt 66 antyder han hva forklaringen skyldes. papiret har en rødgul farve som kan fremkalle blått i skyggen. Det er altså talglysets gule lys som ganske umerket setter farge på papiret og på den måten framkaller den komplementære fargen i synsinntrykket av skyggen. At det er vanskelig å se at papiret er gulaktig, skyldes nettopp vissheten om at papiret er hvitt. Denne effekten kalles fargens konstans. La oss se om vi klarer å gjenskape Goethes eksperiment med moderne hjelpemidler. Eksperiment: 58 Fargede skygger Til dette eksperimentet trengs to lyskilder, en hvit og en gul, og en gjenstand som kan kaste skygge. Speil Gult filter Skjerm Lyskilde Speil En lysboks er godt egnet til dette eksperimentet 24. Åpningen foran lukkes, mens det gule filteret settes inn på den ene siden. 117
Den andre siden er åpen. Speilene stilles inn slik at lyskjeglene overlappet på skjermen. En blyant festet med klebemasse er benyttet for å danne skygge. Studer de to skyggene mot skjermen. Hvilke farger har de? Ved observasjon av skyggene vil vi se at den ene, som dannes fra det hvite lyset, har et skjær av gult. Dette synes rimelig siden skyggen belyses av den gule lyskjeglen. Den andre skyggen som dannes av det gule lyset, synes derimot blå. Dette er imidlertid ganske ulogisk siden det ikke finnes noen blå lyskilde i oppsettet. Kunne vi ha målt spekteret til den blå skyggen ville vi også ha sett at den er grå og ikke blå. Blåfargen, som er komplementærfargen til gult, er en innbildt farge, og er en reaksjon på den gule bakgrunnen til skyggen. Dette kalles fargeinduksjon. Bildene under er hentet fra det virkelige forsøket. Det første bildet viser oppsettet Figuren under viser et nærbilde av de to skyggene. Til høyre, gult og hvitt lys som overlapper og til venstre, blått og hvitt lys som overlapper. Vi ser at det gule lyset induserer en blå (cyan) skygge, mens det blå lyset induserer en svakt rødlig skygge. 24. Hodsons lysboks er bl.a. til salgs hos Gammadata AS: http://www.gammadata.se/ulsimpleproductfiles/lysboks.pdf 118
Gult Hvitt Sollys En kan få til noe lignende ved å bruke farget kartong som vist på figuren til venstre. Vi belyser to kartonger, en gul og en hvit med kraftig sollys. Refleksene fra kartongene lar vi overlappe på en hvit skjerm. Så lager vi to skygger på skjermen med en pinne eller blyant og studerer fargene til de to skyggene. Goethe omtaler et lignende eksperiment som han utfører i mørket ved hjelp av to vokslys: 67. Vi må altså anta at de farvede skygger er en virkning av motfarver i øyet. En oppmerksom iakttager kan bekrefte dette, men først forvisser vi oss gjennom følgende grønnaktig forsøk. 68. Om natten stiller vi to lys ved siden av hverandre på et hvitt papir. Mellom dem stiller vi en stav på høykant slik at det faller to motsatt rettede skygger på papiret. Vi holder et farvet gjennomsiktig glass foran det ene lyset slik at den hvite flaten viser seg farvet. Den skyggen som skyldes det farvede lyset, blir altså opplyst av et ufarvet motlys og viser oss straks motfarven som er fremkalt i øyet. Dersom vi setter et purpurfarget filter foran det ene lyset vil dette opplyse det hvite arket med et rødlig lys, samtidig som det dannes en grønnaktig skygge bak blyanten. Den andre skyggen som dannes av det ufargede lyset vil danne en purpur skygge siden denne belyses av det purpurfargede lyset. Dersom den grønnaktige skyggen isoleres ved at vi ser på skyggen gjennom et tynt papprør, kan vi konstatere at skyggen virkelig er fargeløs. Den grønnaktige fargen oppstår i øyet som en reaksjon på de purpurfargede omgivelsene, og kalles en indusert farge. Tilsvarende effekt kan oppnås ved å studere fargede sirkler. På figuren til høyre har vi tegnet to sirkler, en rosa og en blå. De grå sirklene i sentrum har begge samme gråtone. Gråtonen inne i den røde sirkelen får et grønnskjær når vi ser intenst på den, og gråtonen inne i den blå 119
sirkelen får et gulskjær. Denne effekten kalles simultankontrast, mens de framkalte fargeinntrykkene i gråtonen kalles induserte farger. Goethe og prismet I 1780-åra lånte Goethe et glassprisme fra Privy Councillor Buettner i Jena, og lot seg overbevise, som Newton om at hvitt lys spaltes i farger når det passerer gjennom et prisme. Da han skulle levere tilbake prismet, ble han fristet til å ta en titt gjennm det, og det han så skulle komme til å forandre alt han hadde lært om farger.. Langs alle konturer så han farger, I overgangen fra lys til mørke, så han gult og rødt, mens langs overgangen fra mørke til lys så han blått og cyan. Han la merke til at flater som var jevnt lyse forble hvite, mens flater som var jevnt mørke forble sorte. Det var i overgangene mellom lyse og mørke partier at fargene oppsto. Mens Newton hadde sett de rene fargene, så Goethe de komplementære fargene langs konturene. Han la også merke til at der konturene lå svært nær hverandre, der oppsto fargeblanding. Blå Rød Cyan Gul Grønn 120
En smal stråle hvitt lys sendes inn mot et prisme som vist til venstre på figuren over 25. Vi legger merke til at overgangen mellom mørke og lys splittes i blå og cyan, mens overgangen mellom lys og mørke splittes i gul og rød. Er strålen smal nok vil de ytterste fargene overlappe slik at cyan og gul, danner primær fargen grønn. Vi får da et spekter som spenner fra blå via grønn til rød. Magenta Rød Gul Cyan Blå Dersom vi har en mørk stripe som er tilstrekkelig smal i ellers lyse omgivelser, vil vi se at fargene rød og blå overlapper i sentrum slik at blandingsfargen magenta oppstår. Dette er vist på figuren over. Bildet til høyre viser resulatet sett gjennom et prisme fylt med glyserol. Eksperiment: 59 Verden sett gjennom et prisme Eksperimentet beskrevet foran kan lett gjentas dersom man har et prisme og et stykke papir med svarte linjer. Det brede linjene kan være ca. 5 mm og de smale ca. 1 mm brede. Legg papiret i sola og sett prisme slik at stripene er synlig sett gjennom prismet som vist på figuren under. 25. Figuren til venstre er hentet fra: http://en.wikipedia.org/wiki/theory_of_colours 121
På arket som ligger på bordet er tegnet tre sorte striper. En tynn sort stripe og to bredere sorte striper som danner en smal hvit stripe. Studer fargespekteret langs konturene til de sorte stripene i prismet. Forsøk å snu prismet slik at lystrålene fra papiret brytes motsatt vei. Hva skjer med spektrene langs konturene? Dette eksperimentet var starten på Goethes store lidenskap for farger, og som endte med Gothes fargelære, Zur Farbenlehre, som ble utgitt i 1810. Med Goethes prismeeksperiment frisk i minne, sender vi en bredere lysstripet gjennom prismet. Det vi ser er Goethes kantspektra på begge sider av den brede hvite linjen. Så er det kanskje slik at det spekteret vi forbinder med prismer egentlig er kant spektra, men at vi som oftest benytter så smale lysstriper eller lysstråler at kantspektrene overlapper og vi oppfatter spekteret som et kontinuerlig spekter med grønt i midten. Både lys og lyd er bølger. Lyd er svingninger i luften, disse er ofte mange meter lange. Lys derimot er elektromagnetiske bølger 26 som er svært korte, mindre enn 1/1000 mm. Siden lysbølgene er så korte, vil de stort sett gå i rette linjer, mens lydbølgene - som er mange meter - kan lett slynge seg rundt et hjørne. I noen tilfeller kan imidlertid lyset gå i vinkel. La oss se på et eksempel. 2.2.3 Lys som går i vinkel, lysbrytning De fleste har opplevd at noe som ligger under vann er vanskelig å gripe med hånda, spesielt dersom en ser skrått ned på gjenstanden. Følgende eksperiment illustrerer dette. Eksperiment: 60 Mynten som kom til syne Skjær av den nederste delen av en melkekartong og legg en mynt på bunnen (du kan også benyttet et pappkrus.) Se over kanten av kartongen slik at du akkurat ikke Mynt Mynt 26. I noen sammenhenger er nødt til å betrakte lys som partikler for å kunne forklare fenomener. Lys sies derfor å ha en dualistisk natur. 122