色彩斑斓光世界

人眼与光

  

  光是一种电磁波,并以每秒约30万千米的速度,沿直线进行传播。电磁波波长范围很宽,人眼能看得见的叫做可见光。不同波长的可见光,在我们的眼睛中产生不同的颜色感觉,按照波长由长到短,光的颜色依次是红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等色。

  人眼之所以能够看到物体的色彩,是因为物体表面对光谱中不同波长的光波或吸收或反射,而被反射的色光刺激人眼感色单元。如果物体是一种透明体,它对光的反射和吸收可相应地表现为穿透和不穿透。我们看到的色彩是投射光透过物体后的色彩。白光是混合光,物体对它基本上不吸收,近乎全反射,则表面呈白色;对它近乎全吸收,基本上无反射,表面就呈黑色;而对它按比例吸收和反射,表面呈灰色。有选择性的对不同波长的光波吸收、反射和穿透,就呈彩色。比如绿色的草,它吸收了太阳光谱中的红、橙、蓝、紫色光,不同程度的吸收黄、青色光,而主要反射绿色光,从而构成它的表面色彩,给人以绿色的感觉。

  通过眼睛与大脑的配合,我们才能看清楚周围的一切:判断距离,比较形状,辨别物体和欣赏五彩缤纷的世界。人类从外界获得的各种信息,有90%是从视觉器官获得的。

  在人的视网膜上,有两种视感觉细胞。一种叫视锥细胞,它适于感觉强光,是昼视和色觉的感受细胞;还有一种叫视杆细胞,它对弱光有高度的敏感性,是夜视的感受细胞,但它的辨色能力很差。视锥细胞在白天或强光下工作,视杆细胞则在夜晚或弱光下工作,它们有明确分工又相互配合,轮换工作和休息,使人眼有很强的适应能力。不知你注意过没有,在朦胧的月光和星光下,或是在光线微弱的黑屋子里,你所看到的物体都失去了往日多彩的颜色,变成了只有明暗对比的黑白世界。这是由于负责夜视的视杆细胞缺乏辨色能力所致。

  人们常说,猫和狗的眼睛好。无论在多么黑的夜里,它们都能准确地辨认障碍,捕捉猎物。在猫、狗等夜行动物的视网膜上,有大量的视杆细胞,而视锥细胞却极少,这使它们夜视能力很强。也恰恰因此,使猫和狗成为“色盲”。在它们眼中,什么红花、绿草,只有明暗差别而已。另一方面,鸡的视网膜上密布着视锥细胞,但缺少视杆细胞,所以鸡虽然能看见五彩缤纷的世界,但却是一个夜盲。

  

  蔚蓝的大海白浪滔天

  

  人们常说,蔚蓝色的大海,白浪滔天,而实际上海水和浪花都是无色透明的。看到的颜色都是太阳光作用的结果。

  当阳光照射到大海上,红光等波长较长的光能绕过阻碍射向海底。但在前进中不断被海水和海里的生物所吸收。而蓝光等波长较短的光,虽有一部分被吸收,但大部分遇到海水的阻碍就被散射到周围或者干脆被反射回来,所以海水是蓝色的。

  浪花主要是由泡沫和一些小水珠组成,泡沫的表面是水膜,小水珠就像一些小棱镜;当光线照在泡沫和水珠上时,会在它们的表面发生反射和折射。折射到泡沫和水珠内的光线,射出时又会碰到周围的泡沫和水珠的表面,又将发生反射和折射……最终光线经过多次折射和反射后,从各个不同的方向反射出来。又因泡沫和水珠的表面对各种颜色的光反射机会几乎是均等的,所以在日光下浪花呈白色。

  

  银针变黑

  

  缝衣针都是亮亮的,但是把针扎成一捆,针尖朝上,我们从上面看下去,除了最外面一层外,其余部分的针尖都变成黑色了。我们知道针是经过电镀的,单根针能反射90%的光线,所以看起来是闪亮的。但如果把针捆成一捆,光线倾斜地照射在针尖上,光线就会在每两个针尖的缝隙里发生连续反射。光线反射过来,又反射回去,就像落人陷阱一样,越陷越深。光线每反射一次就有一部分被吸收,在反复地反射过程中,最后几乎完全被吸收了,所以没有光线从针尖上反射到我们的眼里来,自然这些针尖看起来就是黑的了。

  银针变黑与音乐厅的墙壁有相似之处。因为声音具有与光相似的传播特性,所以利用这一原理可以建造性能良好的吸音室,用带尖劈的吸声材料敷于墙壁上,就可以起到很好的吸声作用。

  

  红绿灯

  

  交通信号灯的颜色可不是随意选用的,这其中大有学问呢!我们知道,空气中除了氮气、氧气等各种气体分子外,还悬浮着许多灰尘小颗粒,所以光在空气中传播时会产生散射现象。散射与光的波长有关,波长越短,散射作用越强。在可见光中,红光的波长最长,空气对它的散射作用是最弱的,所以它要比其他颜色的光传得远,穿透力最强。这样,司机在比较远的地方就可以清楚地看到信号,并及时制动,让车子减速慢行。另外,人的视觉对红色很敏感,它能使人产生一种灼热感和兴奋感,可以提醒司机注意路面情况,控制车速。防止事故发生。

  1858年,在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红、蓝两色的机械扳手式信号灯,用以指挥马车通行。这是世界上最早的交通信号灯。电灯发明后交通信号灯改用电灯,并把蓝色改为绿色,在红、绿两色之间加了穿透力较强的黄色,在变换信号时给车辆和行人一个准备时间。

  除了交通信号灯外,人们还常常在城市的一些高大建筑物顶端安装一些红色的闪烁灯,它们可以保障夜航飞机的飞行安全,防止撞机事故的发生。此外,红色还用来表示危险、紧急之意。例如,消防部门就采用了红色标志,而且一些消防器材和设备也都被涂成了红色。

  人们把绿色视为安全信号,认为安全的事物常被冠以绿色的头衔如:绿色通道,绿色食品等。

  

  绿色的太阳

  

  早晨和傍晚的太阳是红色的,中午的太阳是黄色的,有时还会看到绿色的太阳,为什么太阳会变色呢?这是地球大气层的缘故。

  因为无论日出还是日落,太阳放射出的光波经过地球大气层的距离,都比太阳在正午直射时的距离长两倍多。此时的阳光经过悬浮在大气中的气体分子、小尘埃、冰晶、水滴的吸收和散射后,波长较短的蓝光、紫光大多被吸收或散射掉,只剩下波长较长的红光、橙光到达地表,所以旭日和夕阳看起来是红彤彤的了。不过在叶天的大多数时间里,7种颜色的光都是按差不多的比例混合的,看起来呈金黄色。

  在日出和日落时,当太阳只有一小部分在水平线之上,而空气又十分清新,绿太阳便会出现,维持仅数秒。太阳光通过大气层时会被折射,波长较短的光会被折射得较多,所以在日出或日落的一刻,最先或最后所看见的应是蓝光。但是,蓝色的光在空气中易被散射,不易看见,而往往看到比蓝光波长稍长的绿色光,这样人们便看见了绿太阳。

  

  晚霞与大气污染

  

  绚丽多彩的晚霞令人陶醉。但是很少有人知道,我们现在目睹的晚霞有时要“感谢”污染呢。城市的落日和空气清新的乡村落日是不同的。

  在洁净的、未受污染的大气中,大部分的散射是空气中的分子引起的,散射主要影响波长较短的光。所以天空本身呈现出蓝色。太阳光直接穿透空气,在散射过程中它失去许多蓝色,因此在空气清新的乡村太阳呈现出灿烂的黄色。

  在当今的工业社会,污染物通常是悬浮的微粒,这些颗粒也会引起散射,散射的效果取决于波长。散射不仅在蓝色区域强烈,而且在绿色到黄色部分也很强。穿过了污染空气层的太阳光的强度削弱了许多,失去相当部分的蓝色、黄色和绿色成分,因此太阳看上去更红一些。此外,臭氧和水蒸气还会额外地吸收光能,结果太阳呈现出黯淡、橘红的颜色。散射的光失去了大量波长较短的光波,结果主要是红光得以穿透。天空呈现出暗红色。红色明暗的不同反映着污染物的厚度。

  

  你知道香烟的烟的颜色吗?

  

  这似乎是一个很简单的问题,一般人都认为香烟的烟的颜色是灰白色的。但不完全对。

  你只要仔细观察会发现,吸烟时从烟头上直接冒出的烟是蓝色的,而从人口中吐出的烟是白色的。同样是烟为什么颜色不同呢?

  原来细小的颗粒也能散射光线。根据瑞利散射定律,太阳光谱中的波长较短的紫、蓝、青等颜色的光最容易散射出来,烟是由细小颗粒构成的,所以它散射蓝光,人就看见了发蓝的烟。而从嘴里吐出的烟因小颗粒上沾了水分,颗粒变大,几乎所有颜色的光都反射,因此看到的就是灰白颜色了。

  

  蚊子是如何找到你的

  

  夏天的夜晚,你在黑暗中看不见蚊虫,却常遭受蚊虫的袭扰。蚊子是怎么找到你的?

  其实在黑暗中,蚊虫同样也看不见人,它不是通过听你呼吸发出的声音,也不是闻你的气味,更不是瞎碰乱撞找到你的,蚊虫对你身上发出的红外线有感应,从而叮上了你。看来蚊子找到你也是与光线有关。

  人的体温都相对恒定,也就是说机体所产生的热和散发的热基本相等。人的辐射热其实是一种红外线,是一种肉眼看不见的光。

  在自然界,有不少动物具有能接收红外线信息的结构。雌蚊虫的红外线探测器是它的触角,呈环毛状。雌蚊虫觅食时,不断地转动一对触角,当两条触角接收到的辐射热相同时,就知道可被吮血的温血动物就在正前方,蚊虫就朝目标飞去。还有哪些动物有灵敏的红外线感受作用呢?

  蛇类中有一些蛇,如响尾蛇,在眼睛与鼻孔之间有一凹窝,叫颊窝,具有极灵敏的红外线感受作用。将一条蒙住双眼的响尾蛇放在两只灯泡的下面,灯泡不亮时,响尾蛇毫无反应,显得很安静,当开亮其中一只灯泡时,响尾蛇立即昂首张口朝着它,显得异常兴奋,而对那只不亮的灯泡不予理睬。除此之外,深海乌贼、鸡虱、臭虫、蚂蚁等动物都有感受红外辐射的能力。

  响尾蛇导弹就是根据动物的“热感受器”原理,制造出来的,当然还有许多更多灵敏的温度计和红外探测装置等。

avatar

发表评论

:?: :razz: :sad: :evil: :!: :smile: :oops: :grin: :eek: :shock: :???: :cool: :lol: :mad: :twisted: :roll: :wink: :idea: :arrow: :neutral: :cry: :mrgreen: