Ako vnímame farby?

Ako vnímame farby?

            Svet okolo nás priam hýri farbami - obdivujeme farbu oblohy, kvetov, zvierat, odevov, áut, miest, neónových reklám,... Bez farieb by všetko iste bolo veľmi fádne. Ako ale farby vznikajú? Prečo a ako ich dokážeme vnímať? Aké pravidlá platia pri miešaní farieb?

            Farba je fyziologický vnem, ktorý vzniká ako odozva na svetelný impulz dopadajúci do oka. Je známe, že receptormi svetla, ktoré menia svetelný signál na vzruch v neurónoch, sú bunky sietnice oka. Tie môžu byť dvojakého druhu a to tyčinky alebo čapíky. Tyčinky nedokážu rozlišovať farby, zato vnímajú svetlo aj pri veľmi malých intenzitách. Preto za šera nerozoznávame farby. Pri bežnom osvetlení sa uplatňujú predovšetkým čapíky schopné vnímať farby. Mnoho zvierat nemá v oku čapíky, a tak farby nevidí. V ľudskom oku sú čapíky citlivé na svetlo s frekvenciami medzi 7,5.10¹⁴ až 4,3.10¹⁴ hertzov (vlnové dĺžky sú 400 - 700 nanometrov). Rôzne frekvencie svetla vníma náš mozog ako rôzne farby. Pritom priradenie farby konkrétnej vlnovej dĺžke je do istej miery subjektívne. Inak sa javí izolovane pozorovaná farba, a inak farba pozorovaná v skupine iných farieb.  

            Podstata vnímania farby ešte stále nie je úplne jasná. Podľa najznámejšej teórie existujú tri druhy čapíkov v sietnici oka, pričom každý z nich reaguje na inú časť viditeľného spektra. ”Modré” čapíky majú maximálnu citlivosť pri svetle s vlnovou dĺžkou asi 430 nm, ”zelené” pri vlnovej dĺžke 550 nm a ”červené” asi pri vlnovej dĺžke 580 nm (obr.1). Čapíky však dokážu s menšou citlivosťou registrovať svetlo rôznych vlnových dĺžok. Tak vzniká kombináciou a rôznym stupňom stimulácie čapíkov farebný vnem. Napríklad, ak sú svetlom istej frekvencie rovnako stimulované červené a zelené čapíky, mozog to vyhodnotí ako žltú farbu. Ale ak sú červené čapíky stimulované silnejšie ako zelené, vnímame oranžovú farbu. Zrak pritom nemá schopnosť rozlišovať jednotlivé farby v zloženom spektre. Tým sa líši od sluchu, ktorý dokáže rozoznať jednotlivé tóny v akorde.

            Ak chýba jeden druh čapíkov, prejaví sa farbosleposť. Občas sa to stáva kvôli chybe v genetickom kóde, ktorý je zodpovedný za tvorbu čapíkov. Takýto gén objavili v ženskom chromozóme X a preto sú farboslepí väčšinou muži (asi 8% populácie mužov oproti 1% žien). Takže ak niekomu chýbajú napríklad červené čapíky, tak vidí červené aj zelené svetlo len pomocou zelených čapíkov. Nedokáže spoľahlivo rozlíšiť tieto dva vnemy, lebo nemá červené čapíky, cez ktoré by dostal doplňujúcu informáciu o farbe. Podobný jav nastane, ak chýbajú zelené čapíky. V oboch prípadoch je potom ťažké, ak nie nemožné rozlíšiť farby väčších vlnových dĺžok.

            Teraz, keď už vieme ako farby vnímame, môžeme vysvetliť ako vznikajú. Je známe, že biele svetlo je zmesou všetkých viditeľných frekvencií (či farieb), hoci možno nie s rovnakou intenzitou. Napríklad v slnečnom svetle je najsilnejšie zastúpená žlto-zelená zložka. Toto možno ľahko ukázať pomocou rozkladu svetla na hranole.  

            Ak ale skladáme rôzne farby svetla, dá sa ukázať, že na vytvorenie bieleho svetla netreba celé spektrum, ale stačia tri farby: červená, zelená a modrá. Tieto farby nazývame základné farby. Ak zasvietime reflektormi základných farieb na biele plátno, dochádza k takzvanému aditívnemu skladaniu farieb a vzniká biela farba (obr.2). Tak sa vytvára vnem farby aj v našom oku. Pri rovnakej stimulácii všetkých troch typov čapíkov vzniká biela farba, pri iných kombináciách stimulácie vznikajú iné farby. Rovnaký princíp sa využíva napríklad aj pri farbených televízoroch či monitoroch, kde jednotlivé ”body” obrazovky tvorí vlastne trojica bodov svietiacich červeno, zeleno a modro.

            Dá sa ukázať, že biele svetlo nevzniká len kombináciou základných farieb, ale aj iných, takzvaných doplnkových farieb. Napríklad modrej a žltej, alebo červenej a tyrkysovej, či zelenej a purpurovo červenej. To nie je nič prekvapujúce, lebo súčasné pôsobenie červenej a zelenej farby vyhodnocuje mozog ako žltú farbu. Keďže žltá farba stimuluje červené a zelené čapíky, tieto spolu s modrou farbou, stimulujúcou modré, tvoria bielu kombináciu.

            Farba všetkých predmetov teda závisí od svetla, ktoré od nich prichádza. Ak samotný predmet nesvieti, tak je pre jeho farbu rozhodujúce odrazené svetlo. Pritom môže byť časť svetla dopadajúceho na predmet pohltená a časť odrazená. Ak je napríklad farebný povrch osvetlený bielym svetlom, tak niektoré frekvencie svetla spôsobia rezonančné kmity elektrónov v atómoch na povrchu. Je to podobné, ako rezonančné rozozvučanie ladičky dopadajúcim zvukom. Elektróny konkrétnych atómov majú často úzky rozsah frekvencií kmitania. Svetelné zložky z tohoto rozsahu frekvencií sú takto najskôr pohltené, no vzápätí sú vyžiarené, čo sa navonok prejaví ako odraz týchto zložiek svetla. Ostatné frekvencie sa po pohltení premenia na teplo a zvýšenie vnútornej energie predmetu, a preto sa už nevyžiaria vo viditeľnej oblasti svetla.

            Napríklad papier na tejto strane má atómy so širokým rozsahom rezonančných frekvencií. Ak naň dopadá biele svetlo, tak je odrazených dosť veľa frekvencií, a preto sa vášmu oku papier javí ako biely. Tlačiarenská čerň na druhej strane má veľmi málo atómov, ktoré kmitajú vo viditeľnej časti spektra. Preto je na ňu odpadajúce svetlo skoro úplne pohltené a tlač je čierna. Ak dopadá biele svetlo na červený pohár alebo ružu, tak len červené svetlo prechádza cez sklo, alebo je odrazené od ruže. Ostatné farby sú pohltené.  

             Pohltenie časti farebného spektra je dôležité aj pri miešaní pigmentov pre výrobu farbív. Tu sa nedá použiť aditívna metóda skladania farieb. Iste viete, že ak maliar namieša červenú, zelenú a modrú farbu, tak nezíska bielu, ale skôr čosi tmavohnedé. Prečo? Vysvetlíme to na príklade zmiešania modrej a žltej farby. Vtedy maliar dostane zelenú, podobne ako keď sa nechá biele svetlo prechádzať cez modrý a žltý filter. Je to preto, lebo modrý pigment pohlcuje všetky farby okrem oblasti okolo modrej farby. Žltý pigment zase pohlcuje farby okrem žltej oblasti. Tieto dve oblasti sa prekrývajú v oblasti zeleného svetla, takže iba zelené svetlo môže prejsť oboma filtrami, alebo môže byť odrazené od takejto zmesi farieb (obr.3).  

             To je príklad subtraktívneho skladania farieb. Pigmenty pohlcujú jednotlivé farby a oko vidí len tie, ktoré nie sú pohltené. Primárnymi pigmentmi sú žltý, tyrkysový a purpurovo červený (obr.4). Ich rôznou kombináciu možno získať všetky ostatné farby, okrem iného i základné aditívne farby: modrú, červenú a zelenú.

Spracoval: Pavol Kubinec

Použitá literatúra:

1. J.D.Wilson, Physics - a practical and conceptual aproach, Sounders College Publishing, Philadelphia 1989, str. 396-399

2. R.P. Faynman, R.B. Leighton, M Sands: Feynmanove prednášky z fyziky 2, Alfa, Bratislava 1982, str. 163-203

3. Ľudské telo, Gemini, Bratislava, 1992, str. 251-260

4. B. Klimeš, J. Kracík, A. Ženíšek: Základy fyziky 2, Academia, Praha 1972, str. 328-334

5. G. L. Buckwalter, D.M. Riban: College physics, McGraw-Hill, NewYork 1987, kap. 25