طلب مشروع عن اللون و امتصاص الطاقة الصف الرابع 2024.

اللون (بالإنكليزية: Colo(u)r): هو ما نراه عندما تقوم الملونات بتعديل الضوء فيزيائيا بحيث تراه العين البشرية (تسمى عملية الاستجابة) ويترجم في الدماغ (تسمى عملية الإدراك التي يدرسها علم النفس)[1]. واللون هو أثر فيزيولوجي ينتج في شبكية العين، حيث يمكن للخلايا المخروطية القيام بتحليل ثلاثي اللون للمشاهد، سواء كان اللون ناتجاً عن المادة الصباغية الملونة أو عن الضوء الملون. إن ارتباط اللون مع الأشياء في لغتنا، يظهر في عبارات مثل "هذا الشيء أحمر اللون"، هو ارتباط مضلل لأنه لا يمكن إنكار أن اللون هو إحساس غير موجود إلا في الدماغ، أو الجهاز العصبي للكائنات الحية.[2]

"إن أشعة الضوء بالمعنى الدقيق للكلمة ليست ملونة. لا يوجد في الأشعة سوى طاقة محددة وقدرة على تحريض الشعور بهذا اللون أو ذاك" (إسحاق نيوتن 1730)[1]
إن الإدراك اللوني يتأثر بمفهوم تاريخي طويل المدى وفق طبيعة وثقافة المشاهد، وأيضا مفهوم قصير المدى وهو الألوان المجاورة. (اقرأ أيضا علم النفس اللوني).

علم اللون يسمى أحيانا لونيات ويتضمن المقدرة على الإدراك الحسي للون بالعين البشرية، وأصل الألوان في المواد، ونظرية الألوان في الفن وأيضا فيزياء اللون في الطيف الكهرمغناطيسي.

فيزياء اللون

يوصف الإشعاع الكهرمغناطيسي بطول موجته وشدته. وعندما يقع طول موجة هذا الإشعاع ضمن المنطقة المرئية من الطيف (تقريبا من 380 نانومتر إلى 740 نانومتر)، يطلق عليه بالطيف المرئي.

تصدر معظم المنابع الضوئية ضوءًا ذا أطوال موجات متنوعة، وطيف المنبع هو عبارة عن توزيع لشدة المنبع عند كل طول موجي. ومع أن طيف الضوء الواصل إلى العين من اتجاه ما يحدد الإحساس اللوني في ذلك الاتجاه، فإنه يوجد العديد من ظواهر الاندماج الطيفي التي تغير هذا الإحساس اللوني. وقد يعرّف أحدنا اللون على أنه كل مدى من الطيف الذي يزيد من الإحساس اللوني نفسه، مع أن هذا المدى الطيفي يمكن أن يتغير كثيرًا بين الأجسام المختلفة، وبنحو أقل بين المراقبين المختلفين. وتسمى أعضاء كل مدى طيفي بمتلاونات (****mers) اللون المنظور

الألوان الطيفية

تتضمن ألوان الطيف المعروفة والمشاهدة في قوس قزح جميع الألوان التي يولدها الطيف المرئي وحيد طول الموجة، وتسمى ألوان وحيدة طول الموجة (بالإنكليزية: monochromatic) أو ألوان طيفية خالصة(بالإنكليزية: pure spectral colors). يظهر الجدول جانبًا الترددات التقريبية (التيراهرتز)، وأطوال الموجات (نانومتر) لألوان الطيف الخالصة المختلفة. علمًا أن أطوال الموجات قيست في الفراغ (اقرأ الانكسار).

يجب أن لا يفهم جدول الألوان على أنه قائمة محددة، فألوان الطيف الخالصة تشكل طيفا مستمرا، وطريقة فصل الطيف إلى ألوان محددة يتأثر بالثقافة والذوق واللغة (اقرأ علم النفس اللوني). حددت القائمة بستة ألوان أساسية: أحمر، برتقالي، أصفر، أخضر، أزرق، بنفسجي. قام إسحق نيوتن بتحديد سبعة ألوان حيث أضاف اللون النيلي بين الأزرق والبنفسجي، ولكن معظم الناس لا يستطيعون تمييزه، كما أن معظم علماء الألوان لم يميزوه كلون منفصل، ويشار إليه في بعض الأحيان بالطول الموجي 420-440 نانومتر.

يمكن لشدة اللون الطيفي أن تغير الإحساس به إلى حد بعيدة، فمثلا، اللون البرتقالي – الأصفر ذو الشدة المنخفضة يبدو بنيا، كما يبدة اللون الأصفر- الأخضر ذو الشدة المنخفضة أخضرا زيتونيا.

هذه الألوان هي التي يتم تذكرها بمعرفة معظم أطفال المدارس عن طريق الحروف الأولى من كل لون "في اللغة الإنجليزية". وقد اختار نيوتن هذه الألوان السبعة لأنه كان يعتقد بأن كل لون يقابل درجة من درجات السلم الموسيقة. وبعد ذلك بكثير تم اكتشاف أن الألوان وطبقات الموسيقي يتضمنان ترددات طيف، ولكن لا يوجد بينهما علاقة أعمق من ذلك.

يكون السطح الذي يشتت كل إنعكاسات الأطوال الموجية بتساوي يشاهد على أنه أبيض، بينما السطح الأسود يمتص كل الطوال الموجية ولا يعكسها. (بالنسبة للمرآة الإنعكاس يكون مختلف، فإن المرآة السليمة تعكس أيضا كل الأطوال الموجية بالتساوي، ولكن لا تشاهد على أنها بيضاء، حيث أن الجسم الأسود اللامع يعكسها)

لون الجسم

يتوقف لون الجسم على كل من فيزيائية الجسم في محيطه، وخصائص إدراك العين والدماغ. يمكن القول أن لون الأجسام هو لون الضوء "الصادر" من سطوحها، والذي يعتمد عادة على طيف الضوء الساقط وخصائص الانعكاس على سطوح الجسم، بالإضافة إلى التأثير المحتمل لزاوية الإضاءة وزاوية المشاهدة. بعض الأشياء لا تعكس الضوء فسحب، بل تنقله أيضا أو تصدره بنفسها، وعلى هذا تسهم في اللون أيضا. ولا يعتمد إدراك المشاهد للون الجسم على الطيف الضوئي الصادر من سطحه فحسب، بل يعتمد أيضا على مجموعة كبيرة المهارات المكتسبة، بحيث يميل اللون إلى إدراكه بوجه ثابت نسبيا: أي باستقلال عن طيف الإضاءة، وزاوية المشاهدة، إلخ. يعرف هذا التأثير بثباتية اللون (بالإنجليزية: color constancy‏).

يمكن استخلاص بعض القوانين العامة من الفيزياء، مع تجاهل التأثيرات الإدراكية الآن:

إن الضوء الساقط على سطح معتم إما أن ينعكس بطريقة متناظرة مرآوية (كما في الانعكاس على سطح المرآة)، أو يستطير (يتشتت) (أي تنعكس مع تشتت وانتشار)، أو يمتص، أو مزيج من هذه الظواهر الفيزيائية.
يحدد لون الأجسام المعتمة التي لا تعكس الضوء بطريقة مرآوية (ذات السطوح الخشنة) بتشتت مختلف لأطوال موجات الضوء وامتصاص الضوء غير المتشتت. وإذا شتتت الأجسام جميع الأطوال الموجية، تظهر بيضاء. وإذا امتصت جميع الأطوال الموجية، تظهر سوداء.
الأجسام المعتمة التي تعكس الضوء ذا الأطوال الموجية المختلفة بطريقة مرآوية وبفعالية مختلفة تظهر مثل المرايا الملونة بألوان تحدد وفق هذه الفعاليات. فالأجسام التي تعكس بعض الضوء الساقط وتمتص الباقي قد تبدو سوداء ولكن قد تبدو عاكسة بنحو ضعيف، مثل الأجسام السوداء المطلية بطبقات من اللك.
الأجسام التي تمرر الضوء إما أن تكون شفانية (بالإنجليزية: translucent‏) (تشتت الضوء النافذ) أو شفافة (بالإنجليزية: transparent‏) (لا تشتت الضوء النافذ). إذا امتصت الأجسام (أو عكست) الضوء عند أطوال موجية بطريقة متفاوتة، فإنها تظهر مصبوغة بلون يتحدد بطبيعة ذلك الامتصاص (أو ذلك الانعكاس).
يمكن للأجسام أن تصدر ضوءا ذاتيًا، بدلا من مجرد نقل أو عكس الضوء. وقد يحدث ذلك بسبب حرارتها المرتفعة (يقال عن الأجسام حينئذ أنها متوهجة (بالإنجليزية: incandescent‏))، كنتيجة لبعض التفاعلات الكيميائية (وهي ظاهرة تسمى بالتألق الكيميائي (بالإنجليزية: chemoluminescence‏))، أو لأسباب أخرى (اقرأ مقالات الفسفورية (بالإنجليزية: Phosphorescence‏) وقائمة المنابع الضوئية).
يمكن للأجسام أن تمتص الضوء ومن ثم تصدره بخصائص مختلفة. وتسمى عندها بالمواد الفلورية (إذا كان الضوء المنبعث فقط خلال فترة امتصاص الضوء) أو الفسفورية (إذا كان انبعاث الضوء مستمر حتى بعد توقف الامتصاص. قد يطلق هذا المصطلح بوجه غير دقيق على الضوء المنبعث بسبب التفاعلات الكيميائية). إن لون الأجسام هي نتيجة معقدة لخصائص السطح، وخصائص النفاذية، وخصائص الإصدار، فجميع هذه العوامل تؤثر على مزيج الأطوال الموجية في الضوء المغادر لسطح الجسم. فالإحساس اللوني يتكيف مع طبيعة الإضاءة المحيطة، وخصائص لون الأجسام القريبة، بتأثير يسمى الثبات اللوني (بالإنكليزية: Color constancy) والخصائص الأخرى للعين والدماغ.

الألوان الطيفية مقابل الألوان غير الطيفية

معظم مصادر الضوء ليست مصادر طيف نقية, على أنها غالبا ما تكون نتيجة لخليط من الأطوال الموجية وشدتها للضوء. وللعين البشرية, فإنه يوجد هناك فئة كبيرة من الطيف المختلط للضوء الذي يمكن الإحساس بها مثل الإحساس بالطيف النقي للون. بالنظر للجدول السابق, مثلا عندما توضح شاشة الحاسوب اللون البرتقالي فهذا لا يعنى أن الشاشة ينبعث منها الضوء حول الطول الموجي 600 نانو متر (وهو الشيء الذي لا تستطيع عمله معظم الشاشات). ولكن الذي يحدث أنه ينبعث منها خليط من جزئين من اللون الأحمر وجزء من اللون الأخضر. وعند طباعة الصفحة على طابعة ألوان, فإن المنطقة البرتقالية على الورقة. عند تعرضها للضوء الأبيض, فإنها سوف تعكس طيف أخر مستمر. ولا يمكن لنا أن نلاحظ هذه الفروق (بالرغم من أن بعض الحيونات تستطيع ذلك) والسبب يرجع للصبغة "الملونات" التي تنبه خلايا الإبصار (شاهد بالأسفل).

يوجد تعريف مفيد لهذه الظاهرة وهو الطول الموجي الغالب والذي يطابق الطول الموجي لطيف الضوء مع المصدر الغير طيفي الذي يبعث نفس الإحساس باللون. ويعتبر الطول الموجي الغالب هو الأساس الرسمي للتصور المشهور لصنف اللون "هيو".

بالإضافة لمصادر الضوء العديدة التي تظهر كألوان طيف نقية ولكنها خليط, يوجد عديد من الالوان التي عند تعريفها لا تكون ألوان طيف نقية نظرا لعدم التشبع أو لأنها أرجوانية (وهو لون لا يظهر في طيف نيوتن النقي). وبعض الأمثال للألوان الغير طيفية هي الألوان اللا لونية (الأسود, الرمادي, الأبيض) والألوان الأخرى مثل القرنفلي, قمحي, أرجواني -شاهد تماثل الألوان لمقدمة أساسية عن كيفية صعوبة مطابقة الألوان

اللون في المعادلة الموجية

المعادلة الموجية تصف تصرف الضوء وبالتالى يمكن وصف طيف اللون بالمفاهيم الحسابية للخواص الناتجة من حل المعادلة الموجية. عموما, لفهم كيفية أن الإحساس بلون معين ينتج من طيف فيزيائي معين فإن ذلط يتطلب معلومات عن وظائف شبكية المشاهد. وللتبسيط فالمعادلة القادمة للضوء الذي يسير في الفراغ:

حيث الرموز السفلى توضح المشتقات الجزئية و c هي سرعة الضوء. ولو قمنا بتثبيت (x,y,z) كنقطة في الفراغ ونظرنا على الحل كدالة في t نحصل على إشارة. ولو أخذنا تحول فورير لهذه الإشارة نحصل على تحليل للتردد كما تم وصفه بالأعلى. وكل تردد له سعة وحالة. وعند ضرب التردد بقيمة ثابت بلانك h يمكن تحديد طاقة الفوتون. ومربع السعة يمثل الشدة, وهي كمية الطاقة المنقولة في الثانية خلال وحدة المساحة لسطح عمودي على مصدر انبعاث الضوء. ومعلومات الحالة غامضة أكثر لأنه من الصعب قياسها ودراستها. فلا يمكن للإنسان أن يحس بتأثير الحالة على الضوء إلا في حالات خاصة للتداخل (مثلا شاهد بصريات الطبقات الرفيعة حيث يؤدى تأثير الحالة إلى تغييرات محسوسة في السعة. ومعظم الضوء له توزيعات حالة عشوائية, ولكن اللايزر مثلا يكون أكثر فاعلية, عندما تكون الفوتونات لها نفس الحالة.

مشاهدة اللون

بالرغم من أن الحالة الدقيقة للون حاليا تقع تحت الجدال الفلسفي, فإن اللون قابل أيضا للجدال من الناحية السيكوفيزيائية التي تقع فقط في أدمغتنا (شاهد كوالا). التفاحة الحمراء لا تعطى ضوء أحمر, وهذا يؤدى بالطبع لسوء فهم عند التفكير في الأشياء التي نراها, أو الضوء نفسه, إذا ما كان ملون أم لا. كما أن التفاحة ببساطة تمتص الضوء بأطوال موجية مختلفة ويشع عليها بدرجات متفاوتة, بالطريقة التي تجعل الضوء الغير ممتص ينعكس ليعطى الإحساس ابللون الأحمر. التفاحة سببت الإحساس باللون الأحمر فقط لأن رؤية اللون بالعين البشرية يحس بالضوء الذي له أطوال موجية مختلطة بطريقة مختلفة – ونحن لدينا لغة لوصف هذا الإختلاف.

في عام 1931 قامت مجموعة من الخبراء الدوليين يطلق عليها اسم هيئة الإضاءة الدولية (Commission Internationale d’Eclairage CIE) بتطوير طريقة حسابية لنموذج اللون. وكانت الفرضيات التي إستخدمتها الهيئة CIE أن اللون هو اتحاد لثلاث أشياء: مصدر ضوء, جسم, مشاهد. وقامت الهيئة CIE بالتحكم بشدة في هذه المتغيرات في تجربة أنتجت القياسات لهذا النظام.

بالرغم من أن أريستول والعلماء القدماء الأخرون إفترضوا أن أصل الضوء تسبب رؤية اللون, حتى قام نيوتن بتعريف أن الضوء هو مصدر الإحساس باللون. وقام جوته بدراسة نظرية اللون, وفى عام 1801 إقترح توماس يونج نظرية ثلاثي اللون, والتي تم تنقيتها لاحقا بمعرفة هيرمان فون هيلمهولتز. هذه النظرية تم تأكيد صحتها في فترة الستينات من القرن العشرين وسيتم شرحها لاحقا.

شبكية العين البشرية تحتوى على ثلاث أنواع خلايا مختلفة يمكن أن تلاحظ اللون أو خلية المخروط (بالشبكية). نوع منهم مختلف نسبيا عن النوعين الأخرىن, ويستجيب أكثر للضوء البنفسجي الذي نستقبله, والذي له طول موجي يتراوح حول 420 نانو متر (الخلايا المخروطية من هذا النوع يطلق عليها أحيانا خلايا الطول الموجي القصير, خلايا مخروطية S, وأحيانا الخلايا المخروطية الزقاء). النوعين الأخرىن متقاربين جينيا, وكيميائيا وفى الإستجابة أيضا, وكلاهما يكون حساس للون الأخضر أو المخضر. أحد هذين النوعين (يسمى أحيانا خلايا الطول الموجي الطويل, خلايا مخروطية L,وأحيانا الخلايا المخروطية الحمراء) وهي حساسة للضوء الذي نحسه كأصفر أو أصفر-مخضر, وله طول موجي حول 564 نانو متر. النوع الأخر (يسمى أحيانا خلايا الطول الموجي المتوسط, خلايا مخروطية M,وأحيانا الخلايا المخروطية الخضراء) وتكون حساسة للضوء الذي نحسه كأخضر, وله طول موجي حول 534 نانو متر. المصطلح "الخلايا المخروطية الحمراء" للخلايا التي تحس بالأطوال الموجية الطويلة لا يفضل استخدامه نظرا لأن هذا النوع يستجيب كحد أقصى للضوء الذي نستقبله كمخضر, بالرغم من أن الطول الموجي للضوء الأطول من ذلك والذي أخر مداه أن يثير الخلايا متوسطة الطول الموجي "الخضراء".

منحنيات الإحساس للخلايا المخروطية تقريبا تشبه شكل الجرس, وتتداخل إلى حد معقول. وعلى هذا فإن الإشارة الطيفية القادمة يتم تقليلها بالعين إلى ثلاث قيم, ويسى ذلك أحيانا قيم الباعث الثلاثية وتمثل شدة الإستجابة لكل نوع من أنواع الخلايا المخروطية.

بسبب التداخل بين مدى الحساسية, فإن بعض تداخلات الإستجابة للثلاث أنواع من الخلايا لا يمكن أن تحدث, بغض النظر عن نوع تحفيز الضوء. فمثلا لا يمكن تحفيز الخلايا متوسطة الطول الموجي/"الأخضر" فقط, يجب تحفيز الخلايا الأخرى لدرجة ما في نفس الوقت, حتى لو تم استخدام ضوء له طول موجي واحد(متضمنا الطول الموجي الأقصى الذي يمكن أن تحس به أي من الخلايا). مجموعة كل قيم الباعث الثلاثية الممكنة تحدد الفراغ اللوني البشري. وقد تم حساب أن الإنسان يمكن أن يفرق بالتقريب بين 10 مليون درجة لون مختلفة, بالرغم من أن تعريف لون معين صعب للغاية, حيث ان كل عين في نفس الشخص يمكن أن تستقبل اللون بإختلاف بسيط. وهذا سيتم مناقشة بالتفصيل لاحقا.

نظام صف الألوان (والذي تعتمد عليه الرؤية في الضوء المنخفض بشدة) لا يمكن الإحساس بوجود اختلاف في الطول الموجي, وعلى هذا لا يمكن تطبيقه في رؤية اللون. ولكن التجارب وضحت أنه في بعض الظروف الثانوية فإن الإتحاد بين الحث في نظام صف الألوان والحث في الخلايا المخروطية يمكن أن ينتج حيود في الأحساس باللون بطريقة غير التي تم شرحها بالأعلى.

بينما أن آلية رؤية اللون بالخلايا المخروطية في مستوى الخلايا بالشبكية يوصف جيدا بوحدات الباعث الثلاثي (شاهد بالأعلى), فإن الإحساس باللون وتمييزه فوق هذا المستوى الأساسي يتم تنظيمه بطريقة مختلفة. النظرية الغالبة لآلية إحساس الأعصاب برؤية اللون تفترض ثلاث عمليات متعاكسة أو قنوات متعاكسة, موجودة خارج النظام المدخلات الأصلية للخلايا المخروطية, قناة أحمر-أخضر, قناة أزرق-أصفر, قناة أسود-أبيض ("التألق"). وهذه النظرية تؤخذ في الإعتبار أحيانا في تركيب موضوعنا عن خبرة اللون (شاهد التوضيح بالأسفل). الأزرق والأصفر يعتبرا ألوان مكملة أو متعاكسين, فلا يمكن ملاحظة لون أزرق مصفر (أو أحمر مخضر), كما لا يمكن ملاحظة بريق للظلام أو سخونة للبرد. الأربعة "أقطاب" للألوان المقترحة في العمليات المتعاكسة بخلاف الأسود والأبيض, لها أحقية طبيعية لأن يطلق عليها ألوان أساسية. وهذا بالتنافس مع المجموعات المختلفة للثلاث ألوان الأساسية المقترحة "كمولدات" لكل الألوان التي يشعر بها الإنسان (شاهد بالأسفل).

المصدر

معهد الإمارات التعليمي
ويكيبيديا
قوقل

الغالية اللي فوقي ما قصرت..

ربي يعافيها ويسلمها..