2) Proč jsou věci barevné?

Světlo jsou vlny, energie a barvy. Jak to spolu souvisí?

Petr Šmejkal

 

„Bůh řekl: ‚Budiž světlo,‘ a bylo světlo.“ Tento citát z Bible zná snad každý. Dvě slova – a světlo bylo na světě. Nicméně ač se to nezdá, znamenala ona dvě slova spuštění řady fyzikálních procesů, které stojí za vznikem a existencí světla. Pojďme se podívat na jeho základní vlastnosti. Když jim porozumíme, dobereme se odpovědi na otázku z titulku.

 

Elektřina a magnetismus „dělají vlny“

Světlo je obvykle chápáno jako druh záření. Záření – tedy i světlo – se chová v některých případech jako elektromagnetické vlnění a v jiných případech jako částice. Nás bude zajímat hlavně jeho vlnový charakter. Elektromagnetické záření šířící se v prostoru vytváří kolem sebe měnící se elektrické a magnetické pole, které má celkově tvar vlny. Zkuste si to představit třeba tak, že se rozběhnete a budete střídavě upažovat a dávat k tělu nejprve pravou a pak levou ruku. Když se na vás budeme dívat shora, uvidíme vlnu a také jakési „pole“ tvaru vlny, jímž jste ovlivňovali okolí (například pokud se vám někdo připletl do cesty, určitě raději rychle uhnul). Podobně i světlo ovlivňuje své okolí polem, které vytváří.

Jednotlivé typy elektromagnetického záření se od sebe liší právě tímto polem, konkrétně délkou jeho vlny. Světlo proto můžeme popsat pomocí veličiny zvané vlnová délka. Je to vzdálenost, kterou urazí elektromagnetická vlna, než se začne opakovat. V našem přirovnání jde o dráhu, jakou uběhneme, než začneme znovu upažovat stejnou rukou jako na startu. Když dva lidé běží stejnou rychlostí, ale různě rychle upažují, budou jejich „vlnové délky“ odlišné.

Podle vlnové délky dělíme záření na několik druhů. Pokud vlnová délka leží zhruba v rozmezí 400–760 nanometrů (nanometr je miliardtina metru), pak jsme schopni toto záření vidět a říkáme mu světlo. Překvapivě jde pouze o malou část záření kolem nás. Záření kratších vlnových délek (asi 10–400 nanometrů) nazýváme ultrafialovým. Ještě kratší vlnové délky má rentgenové záření a záření gama, vznikající radioaktivním rozpadem atomových jader. Na opačnou stranu od viditelného světla – směrem ke stále větším vlnovým délkám – se nachází infračervené, mikrovlnné a rádiové záření.

 

Hrátky s barvami

Zaměřme se teď na viditelné záření. Proč jsou věci vidět a proč jsou barevné? Protože naše oči dokážou se světlem interagovat (vnímat jej) a následně ho převést na barevný vjem. Důležité je, že barva závisí na vlnové délce. Pokud nám do oka dopadne záření o vlnové délce asi 400–450 nanometrů, budeme ho vnímat jako fialové. Světlo s vlnovou délkou 450–500 nanometrů vyhodnotíme jako modré. Barvy dále pokračují přes zelenou, žlutou a oranžovou k červené, která má vlnovou délku zhruba nad 600 nanometrů.

Co se stane, když na oko dopadne soubor všech těchto barev – tedy všech vlnových délek? Zní to možná překvapivě, ale pak budeme světlo vnímat jako bílé. Je zajímavé, že z červené, zelené a modré dokážeme „namíchat“ prakticky jakoukoliv další barvu. Zjednodušeně řečeno stejně intenzivní světlo těchto tří barev vytváří dohromady dojem bílé, červené a zelené světlo stejné intenzity dojem žluté, červené a modré dojem purpurové a tak dále. Jedná se o takzvaný RGB model skládání barev (podle anglických slov red, green a blue). Pracují s ním třeba televize, počítačové monitory a displeje mobilů. Takto vše funguje, když je světlo vysíláno (emitováno) z nějakého zdroje.

Barevné jsou však i věci, které nijak nesvítí. Proč? Protože jsou schopné světlo pohlcovat. Různě barevné předměty nebo chemické látky pohlcují různé vlnové délky světla. Zbylé vlnové délky pak projdou do našeho oka a opět se zkombinují do výsledného barevného vjemu. Pokud například látka pohlcuje (absorbuje) záření o vlnové délce 400–450 nm, tedy fialové světlo, vnímáme předmět jako žlutý. Pokud je absorbováno světlo červené, vnímáme předmět jako zelený.

Platí to i naopak – když je pohlceno světlo žluté, vnímáme předmět jako fialový, když zelené, tak jako červený. Říkáme, že tyto dvojice barev jsou navzájem doplňkové neboli komplementární. Na tento jev je navázána celá teorie vnímání a používání barev. Kromě vědců ji využívají také grafici či reklamní agentury, aby se nám jejich materiály líbily.

 

Světlo jako energie

Ještě jsme si neřekli, jak vlastně světlo vzniká. Světlo je formou energie. Do světla (nebo jiného typu elektromagnetického záření) tak může být převedena část přebytečné energie nějakého tělesa. Už jste určitě viděli rozžhavený hřebík. Co dělá? Svítí. A proč svítí? Protože jsme ho zahřáli. Tím jsme hřebík, či přesněji atomy železa v něm, převedli na vyšší energetickou hladinu. Na ní ale hřebík „nezůstane věčně“. Přebytečné energie se snaží zbavit a dostat se do původního stavu s minimální energií. Část energie předá do okolí jako teplo a část jako světlo. Dalším příkladem je vlákno žárovky, které je také rozžhavené, ale prvotním zdrojem energie je tu elektřina. Světlo může vznikat také „za studena“, jak popisuje článek Od světlušek ke svítícím tyčinkám. Každopádně je zřejmé, že produkce světla souvisí s přeměnou jiného druhu energie.

Ještě že světlo máme. Díky tomu, že existují světlo a barvy, se můžeme na světě orientovat, můžeme obdivovat díla malířů nebo noční panoramata měst. Bez světla by nebylo života ani krásy, bez něj byste si nepřečetli tenhle článek. Díky za světlo!

 

 

Publikováno s laskavým svolením www.prirodovedci.cz

Všechna práva vyhrazena © 2015 FAWOO TECH CZ s.r.o.