W internecie

www.kopernik.org.pl

A to ciekawe

Więcej doświadczeń

CENTRUM NAUKI

KOPERNIK

Eksper

ymentuj!

CENTRUM NAUKI

KOPERNIK

Eksper

ymentuj!

Eksper

ymentuj!

Znikające kolory

Ludzkie oko rozróżnia trzy kolory, których kombina-
cje dają wszystkie barwy tęczy.

Podobnie skonstru-

owane są cyfrowe aparaty fotograficzne, ale nasze
oczy mają znacznie lepszą rozdzielczość. Jednak nie
wszyscy ludzie widzą barwy tak samo…

Z

aburzenie rozpoznawania barw

(daltonizm) występuje częściej u lu-

dzi rasy białej – na tę przypadłość cier-

pi ponad 8% białych Europejczyków

i Amerykanów. Większość stanowią

mężczyźni, kobiety to jedynie 0,4%.

Dzieje się tak dlatego, że najczęściej

daltonizm jest wadą uwarunkowaną

genetycznie, przy czym decydujące

o niej geny znajdują się na chromo-

somie X. Mężczyźni posiadają tylko

jeden chromosom X, zaś kobiety parę.

Kobieta zatem znacznie częściej jest

nosicielem wady (kiedy jeden z genów

z pary jest uszkodzony), zaś wadliwy

gen u mężczyzny zawsze prowadzi

do ujawnienia się wady. Pełna ślepota

barw (widzenie czarno-białe) wystę-

puje niezwykle rzadko.

Ludzi określa się mianem organi-

zmów „trichromatycznych”, ponie-

waż w siatkówce ich oka znajdują się

trzy rodzaje czopków. Co ciekawe,

naukowcy twierdzą, że kilka procent

kobiet może widzieć więcej barw –

w siatkówce ich oczu znaleziono bo-

wiem czwarty rodzaj czopków.

W siatkówce oka znajdują się tak-

że specjalne receptory, które biorą

udział w regulowaniu rytmu dobo-

wego u człowieka, przy czym często

uszkodzenie wzroku nie ma wpływu

1.

Domowy sposób na tęczę. Do pu-

dełka na filmy DVD włóż płytę CD-

ROM niezadrukowaną stroną do góry.

Bliżej grzbietu pudełka pośrodku wy-

tnij niewielki otwór. Następnie wytnij

z kartonu pasek wg wzoru ze szczeli-

ną. Dla wygody możesz całą konstruk-

cję po złożeniu spiąć gumką recep-

turką. Jeśli teraz szczelinę skierujesz

na źródło światła i zajrzysz w otwór

wycięty w pudełku, zobaczysz widmo

światła białego. Zwróć uwagę na ko-

lejność kolorów w widmie.

2.

Czy receptory wzroku mogą się mę-

czyć? Narysuj amerykańską flagę, uży-

wając kredki zielonej zamiast czerwo-

nej, czarnej zamiast białej i pomarań-

czowej zamiast niebieskiej. Następnie

Budowa anatomiczna oka
www.macula.org/anatomy/

Wszystko o chorobach wzroku
www.medicinenet.com/eyesight/
focus.htm

Złudzenia optyczne
http://library.thinkquest.org/12409/
zludzenia.html

Sprawdź, jak widzisz barwy
http://colorvisiontesting.com/
ishihara.htm

przez minutę patrz na środek obrazka.

Następnie przenieś wzrok na przygoto-

waną wcześniej białą kartkę lub ścianę.

Co widzisz? Do sporządzenia rysunku

użyłeś barw dopełniających – to wła-

śnie one są wchłonięte przez barwniki

na fladze amerykańskiej. Wpatrując

się w nie, zmęczyłeś swoje czopki na

tyle, że twój mózg wytwarza barwny

obraz – iluzję.

na ich działanie. Dlatego część osób

niewidomych prawidłowo reaguje na

przemiany nocy w dzień.

Zwierzęta widzą świat inaczej niż

ludzie. Pszczoły i motyle reagują na

widmo w zakresie od ultrafioletu,

przez błękit i żółty. Pająki dostrzegają

ultrafiolet i zielenie. Psy rozróżniają

(choć słabo) tylko dwa kolory – żółty

i niebieski. Większość małp dostrzega

barwy podobnie jak człowiek. A byk?

Zwolenników i przeciwników korridy

zapewniamy: byk jest ślepy na kolory,

a czerwona płachta jest dla niego...

szara! To ruchy torreadora wywołują

nerwowe reakcje zwierzęcia.

Do badania widzenia barwnego służy tzw. test Ishihary. Co widzisz? Jeśli numer 5
– prawidłowo rozpoznajesz kolory. Osoby, które mają kłopoty z rozróżnianiem koloru
zielonego i czerwonego (najczęstszy rodzaj daltonizmu), widzą na obrazku zarys cyfry 2

Fot. East News/Science Photo Library

, web.physik.rwth-aachen.de; rys. Małgorzata Świentczak

Trochę teorii

Eksper

ymentuj!

O historii

Współczesne zastosowania

(5,9 x 10

12

m), ale już od Gwiazdy

Polarnej dzieli nas 430 lat świetlnych

(4,1 x 10

18

m).

Przechodząc wieczorem obok szpi-

tala, można zauważyć w oknach nie-

bieskawą poświatę. Do dezynfekcji

pomieszczeń wykorzystuje się bo-

wiem lampy emitujące promienio-

wanie ultrafioletowe – bardzo sku-

tecznie zabija ono mikroorganizmy.

Dzieje się tak, ponieważ ten zakres

promieniowania niszczy materiał

genetyczny i białka w komórkach.

Dlatego aby zmniejszyć ryzyko zacho-

rowania na raka skóry, warto używać

kremu z filtrem UV.

Wiele nocnych zwierząt widzi pod-

czerwień. Mogą dzięki temu wypatrzyć

ofiarę lub drapieżnika – ciepło, które

wydziela organizm, jest przynajmniej

w części falą w zakresie podczerwie-

ni. Wykorzystuje się to w noktowizo-

rach i kamerach termowizyjnych, które

Ż

eby zrozumieć mechanizm odbie-

rania przez nas barw, warto uświa-

domić sobie, że decydują o tym dwa

czynniki. Pierwszym jest po prostu

fizyczna natura światła. We Wszech-

świecie istnieją fale elektromagnetyczne

o różnej długości. Pewien zakres tych fal

– od 380 do 780 nm – jest odbierany

przez nas ludzi jako światło widzialne.

Są to te fale, które rejestruje nasz zmysł

wzroku. Światło widzialne składa się

z rozróżnianych przez nasze oczy pasm

o różnych kolorach, przy czym to, że

nazywamy jedno kolorem niebieskim,

inne zielonym, a jeszcze inne czerwo-

nym, jest kwestią umowną.

Człowiek widzi świat dzięki światło-

czułym receptorom w siatkówce oka.

Większość z nich (ok. 100 mln) stanowią

tzw. pręciki, receptory odpowiedzialne

przede wszystkim za widzenie kształtu

i ruchu. Są one superczułe – reagują na-

wet na bardzo słabe światło. Nie można

jednak mieć wszystkiego – są prawie nie-

wrażliwe na barwy – dlatego umownie

przyjmuje się, że pręciki odpowiadają

za widzenie nocne. Pręciki odbierają

światło w pewnym zakresie długości

fali, przy czym najbardziej wyczulone

są na falę o długości 498 nm.

Za widzenie barw odpowiada nato-

miast grupa receptorów zwana czop-

kami. Jest ich znacznie mniej niż prę-

cików (ok. 5 mln), i są zlokalizowane

w centralnej części siatkówki, zwłaszcza

w pozbawionej pręcików tzw. plamce

żółtej. U zdrowych ludzi zidentyfiko-

wano 3 typy czopków wrażliwych na

fale o różnej długości. Czopki typu B

Z

pewnością każdy z nas pamięta bi-

twy na miecze świetlne z „Gwiezd-

nych wojen”. Człowiek wykorzystuje

laser, czyli światło o określonej dłu-

gości fali, nie tylko w filmach. Służy

ono np. do badań medycznych, a jeśli

wiązka ma odpowiednią moc, można

posługiwać się nią nawet jak skalpe-

lem np. w chirurgii. Lasery stosuje się

też do tworzenia hologramów oraz

odczytywania płyt CD czy DVD w od-

twarzaczach.

Światło od lat wykorzystują astro-

nomowie do określania odległości.

Rok świetlny to odległość, jaką świa-

tło przebywa w ciągu jednego roku.

Jeśli posłużymy się takim parametrem

– wszędzie będzie dość blisko! Ziemia

oddalona jest np. od Księżyca jedynie

o 1,3 s świetlnej (3,44 x 10

8

m), a od

Słońca – tylko 8 min i 19 s świetlnych

(1,5 x 10

11

m) Nieco dalej mamy do

Plutona, bo 5,5 godziny świetlnej

C

hoć ludzie od zawsze obserwo-

wali rozszczepianie światła w na-

turze (tęcza!) dopiero Isaac Newton

w 1665 roku stwierdził, że światło jest

mieszanką różnych kolorów. Nie on

pierwszy użył do doświadczeń ze świa-

tłem pryzmatu (obserwując barwne

efekty), jednak jako jedyny wyciągnął

prawidłowe wnioski. Dotąd uważano,

że kolory widać dlatego, że pryzmat

barwi światło. Newton wykonał jed-

nak dwa proste eksperymenty, które

pomogły mu obalić tę tezę. Najpierw

z rozszczepionej wiązki wybrał światło

określonej barwy i przepuścił przez

drugi pryzmat. Zaobserwował, że nie

pojawiły się nowe kolory, światło za-

chowało swą barwę. W kolejnym do-

świadczeniu użył dwóch pryzmatów,

z których pierwszy rozszczepiał światło,

a drugi działał odwrotnie – okazało

się, że „tęcza” składa się z powrotem

w światło białe.

Angielski chemik, fizyk i meteoro-

log John Dalton był nie tylko twórcą

atomistycznej teorii materii i odkrywcą

prawa ciśnień cząstkowych. W 1794

roku opisał zaburzenia widzenia barw,

które stwierdził także u siebie. Do dziś

te zaburzenia nazywa się od jego na-

zwiska daltonizmem.

Promieniowanie podczerwone (nie-

widzialne dla oka) odkrył w 1800 ro-

ku Friedrich Wilhelm Herschel, który

wpadł na pomysł, żeby zmierzyć tem-

peraturę światła o poszczególnych

kolorach. W swoich pomiarach trochę

się zagalopował – i ze zdziwieniem

stwierdził, że tam, gdzie nic nie wi-

dać, jest cieplej niż w widmie światła

czerwonego. Wnioski z tego doświad-

czenia pozwoliły rok później Johan-

nowi Wilhelmowi Ritterowi odkryć

promieniowanie ultrafioletowe.

W 1864 roku szkocki fizyk James

Clerk Maxwell stwierdził, że światło

jest falą elektromagnetyczną stano-

wiącą część widma o tych samych

właściwościach.

pobudzenia). Jak można się domyślić,

ludzkie oko odróżnia najwięcej odcieni

zieleni, a wraz z zapadającym zmrokiem

najszybciej przestajemy widzieć kolor

czerwony. Czopki typu R, które reagują

na światło czerwone, są mało wrażliwe

na tę długość fali, trzeba zatem dużo

fotonów, aby je pobudzić.

Za pomocą wzroku możemy jedy-

nie subiektywnie ocenić kolor jakiegoś

przedmiotu. Obiektywnie nawet dwa

identyczne dla naszego wzroku przed-

mioty mogą się różnić. Dlaczego? Świa-

tło, padając na przedmiot, może się od

niego odbić lub zostać pochłonięte. To,

co się odbija, widzą nasze oczy. Jeśli

światło białe w całości odbije się od

przedmiotu – zobaczymy kolor biały.

Jeśli całe światło zostanie pochłonięte –

zobaczymy czarny. Jeśli zaś pochłonięciu

ulegnie tylko część widma – zobaczymy

kolor odpowiadający długości fali od-

bitej od przedmiotu. Dlaczego zatem

trawa jest zielona? Bo od liści odbija się

fala świetlna o długości 500-580 nm,

określana przez ludzi jako zieleń.

Zdarza się nam pomylić kolor, np.

przymierzając ubranie w sklepie. Za-

miast czarnych spodni możemy kupić

np. granatowe. Tu dochodzimy do sed-

na: co stanie się, jeśli dany przedmiot

oświetlimy światłem innym niż białe?

Otóż, jeśli w świetle białym bluzka jest

czerwona, oznacza to, że odbija się

od niej czerwone światło. Jeśli jednak

poświecimy na bluzkę monochroma-

tycznym światłem niebieskim (które nie

ma składnika odpowiadającego barwie

czerwonej), całe światło zostanie po-

chłonięte, a nam będzie się wydawać,

że bluzka jest... czarna.

(blue) są najbardziej czułe na światło

o długości 420 nm (światło niebieskie)

i stanowią ok. 4% czopków. Maksima

czułości dla pozostałych typów wynoszą:

G (green) – 534 nm (światło niebiesko-

zielone), ok. 32%, oraz R (red) – 564 nm

(światło żółtozielone), ok. 64%. Pojedyn-

czy czopek reaguje na działanie słabego

sygnału o długości fali odpowiadającej

maksimum jego aktywności lub silnego

sygnału wykraczającego poza ten zakres.

Zakresy wrażliwości czopków częściowo

zachodzą na siebie (rysunek poniżej),

zatem o widzianej przez nas barwie de-

cyduje poziom pobudzenia poszczegól-

nych typów czopków. Na przykład: jeśli

pobudzone są tylko czopki R – widzimy

kolor czerwony. Jeśli zarówno R i G, ale R

bardziej niż G – kolor żółty. Pobudzenie

czopków R i G na podobnym poziomie

oznacza zielony, a czopków B – niebie-

ski lub fioletowy (zależnie od poziomu

Siatkówka naszego oka reaguje jedynie na niewielki zakres promieniowania elektro-
magnetycznego. Ta część widma jest potocznie nazywana światłem widzialnym

Lasera w medycynie użyto po raz pierwszy
w 1962 roku. Pierwsze lasery stosowano
w dermatologii i chirurgii oka. Dziś to
urządzenie jest powszechnie wykorzystywa-
ne w wielu dziedzinach medycyny

Isaac Newton przeprowadził słynne

doświadczenie, przepuszczając światło

przez dwa pryzmaty. Udowodnił, że

można rozbić wiązkę białego światła na

widmo różnych barw, a potem ponownie

uzyskać światło białe. W ten sposób

obalił pogląd, że to pryzmat barwi

przechodzące przez niego światło

W typowym
ludzkim oku
znajdują się trzy
rodzaje czopków,
których każdy
reaguje na światło
o nieco innej
barwie. Pierwsza
grupa najlepiej
absorbuje światło
niebieskie, druga
niebieskozielone,
trzecia żółtozielone

Fot. W

ikipedia, Clear Vision Laser Clinic; rys. Małgorzata Świentczak 2x

0,01 nm

1 nm

100 nm

380 nm

780nm

1 mm

1 cm 1 m

1 km

300

350

400

450

500

550

600

650

700

100

50

0

fiolet

niebieski

zielony

żółty czerwony

absorpcja światła (%)

długość fali (nm)

niebieski

(420 nm)

niebieskozielony

(534 nm)

żółtozielony

(564 nm)

promieniowanie

gamma

ultrafiolet

promieniowa-

nie widzialne

promieniowanie

podczerwone

fale radiowe

promieniowanie

rentgenowskie

pomagają człowiekowi zobaczyć to, co

dla oka niewidzialne. Podczerwień zna-

lazła też zastosowanie np. w pilotach

do telewizorów.