Luce lunghezza d’onda e percezione dei colori

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Luce lunghezza d'onda e percezione dei colori

Le differenti lunghezze d'onda vengono interpretate dal cervello come colori, che vanno dal rosso delle lunghezze d'onda maggiori (frequenze più basse) al violetto delle lunghezze d'onda minori (frequenze più alte).

Luce lunghezza d'onda e percezione dei colori - Il termine luce (dal latino lux) si riferisce alla porzione dello spettro elettromagnetico visibile dall'occhio umano, approssimativamente compresa tra 400 e 700 nanometri di lunghezza d'onda, ovvero tra 790 e 435 THz di frequenza. Questo intervallo coincide con il centro della regione spettrale della luce emessa dal Sole che riesce ad arrivare al suolo attraverso l'atmosfera. I limiti dello spettro visibile all'occhio umano non sono uguali per tutte le persone, ma variano soggettivamente e possono raggiungere i 720 nanometri, avvicinandosi agli infrarossi, e i 380 nanometri avvicinandosi agli ultravioletti. La presenza contemporanea di tutte le lunghezze d'onda visibili, in quantità proporzionali a quelle della luce solare, forma la luce bianca.

La luce, come tutte le onde elettromagnetiche, interagisce con la materia. I fenomeni che più comunemente influenzano o impediscono la trasmissione della luce attraverso la materia sono: l'assorbimento, la diffusione (scattering), la riflessione speculare o diffusa, la rifrazione e la diffrazione. La riflessione diffusa da parte delle superfici, da sola o combinata con l'assorbimento, è il principale meccanismo attraverso il quale gli oggetti si rivelano ai nostri occhi, mentre la diffusione da parte dell'atmosfera è responsabile della luminosità del cielo.

Sebbene nell'elettromagnetismo classico la luce sia descritta come un'onda, l'avvento della meccanica quantistica agli inizi del XX secolo ha permesso di capire che questa possiede anche proprietà tipiche delle particelle e di spiegare fenomeni come l'effetto fotoelettrico. Nella fisica moderna la luce (e tutta la radiazione elettromagnetica) viene composta da unità fondamentali, o quanti, di campo elettromagnetico chiamati fotoni.

L'occhio umano è sensibile solamente alle onde elettromagnetiche con lunghezze d'onda comprese tra 400 e 700 nm (spettro visibile). Questo intervallo di lunghezze d'onda costituisce una porzione assai piccola dell'intero spettro delle onde elettromagnetiche. Per confronto, possiamo vedere che l'intervallo di sensibilità alla luce in molti animali è notevolmente diverso dal nostro. Per esempio, gli occhi delle api sono sensibili alle lunghezze d'onda nell'intervallo da 300 a 650 nm (anche una porzione dell'ultravioletto vicino) e sono quindi in grado di rilevare "colori" a noi sconosciuti.

E' di fondamentale importanza premettere che le sostanze o gli oggetti del mondo reale non sono però colorati di per se stessi. I corpi che ci circondano hanno la facoltà di emettere, riflettere o di trasmettere onde elettromagnetiche di diversa lunghezza d'onda e di diversa intensità, tali da stimolare il nostro sistema sensoriale e provocare la visione dei colori.

Adottiamo qui la definizione di colore formulata dal Comitato sulla Colorimetria della Optical Society of America: " Il colore consiste nelle caratteristiche della luce diverse dalle inomogeneità spaziali e temporali; la luce essendo quell'aspetto dell'energia raggiante di cui l'osservatore umano ha conoscenza attraverso la sensazione visiva che nasce dalla stimolazione della retina dell'occhio". Per caratteristiche della luce si intendono tre parametri, che saranno specificati in dettaglio nel seguito, il primo dei quali è connesso alla capacità della luce di provocare la sensazione di luminosità; il secondo e il terzo esprimono invece la sensazione cromatica percepita dal sistema visivo ed espressa dalla lunghezza d'onda dominante e dalla purezza del colore.

L'insieme dei tre parametri costituisce gli attributi del colore. Si dice che un oggetto ha un determinato colore quando, illuminato da una luce considerata bianca (ad esempio la luce del sole) ed osservato in determinate condizioni standard, provoca nell'osservatore una "percezione cromatica". Qualsiasi luce che non contenga tutte le radiazioni monocromatiche nella proporzione della luce solare è percepita come colorata.

L'occhio umano, illuminato da luce monocromatica di varia lunghezza d'onda, percepisce i seguenti colori:

da 400 a 430 nm: zona del violetto;

da 430 a 490 nm: zona del blu nelle sue seguenti tonalità intermedie

  • da 430 a 465 nm : indaco
  • da 466 a 482 nm : blu
  • da 483 a 490 nm : blu verdastro

da 491 a 560 nm: zona del verde nelle sue seguenti tonalità intermedie

  • da 490 a 498 nm : verde bluastro
  • da 499 a 530 nm : verde
  • da 531 a 560 nm : verde giallastro

da 561 a 580 nm: zona del giallo nelle sue seguenti tonalità intermedie

  • da 561 a 570 nm : giallo-verde
  • da 571 a 575 nm : giallo citrino
  • da 576 a 580 nm : giallo

da 581 a 620 nm: zona dell'arancione nelle sue seguenti tonalità intermedie

  • da 581 a 586 nm: arancione giallastro
  • da 587 a 596 nm : arancione
  • da 597 a 620 nm : arancione rossastro

da 620 a 700 nm : zona del rosso nelle sue tonalità intermedie:

  • da 621 a 680 nm : rosso
  • da 681 a 700 nm : rosso profondo

A questo punto è lecito chiedersi come sia possibile stabilire, in modo sperimentale, che la luce solare effettivamente contenga tutte le lunghezze d'onda che provocano la sensazione cromatica.

La risposta è stata data tre secoli fa da Newton con le sue fondamentali esperienze sul fenomeno della dispersione della luce. Il grande scienziato inglese scoprì che, quando un raggio di luce solare entra in un prisma di vetro, le componenti cromatiche associate alle lunghezze d'onda subiscono una rifrazione che è diversa per ciascuna di esse.

Possiamo notare infatti che ogni colore subisce, all'interno del prisma, una deviazione dalla propria direzione di marcia che risulta essere tanto maggiore quanto più piccola è la lunghezza d'onda ad essa associata. Quindi il rosso, che ha la lunghezza d'onda maggiore, è deviato molto meno del violetto. L'effetto finale di questo fenomeno di dispersione nelle sue componenti cromatiche fondamentali può essere direttamente osservato su di uno schermo posto dopo il prisma: la luce sarà dispersa, colore per colore, su una vasta zona.

E' molto interessante vedere come sia possibile ricombinare i colori ottenuti dalla dispersione con il prisma per tornare alla condizione iniziale di luce bianca. Per ottenere questo effetto basta porre in prossimità del piano di formazione dello spettro un secondo prisma uguale al primo ma capovolto, il quale ricompone i colori restituendo il fascio iniziale di luce bianca. Sebbene i colori dispersi dal prisma siano virtualmente infiniti, in quanto possiamo pensare di suddividere l'intervallo di lunghezze d'onda tra 400 e 700 nm in intervalli piccoli a piacere, la sensazione visiva per l'occhio può essere ridotta alle sei famiglie di colori principali descritte e illustrate in: violetto, azzurro, verde, giallo, arancione e rosso, che sono detti colori puri o spettrali.


Fonte: crabnebula.it - Autore Rodolfo Calanca;
wikipedia.org
Fonte IGM: wikimedia.org