Гуляя как-то зимним вечером, я увидел на снегу две тени: два уличных фонаря — две тени, ничего удивительного. Однако одна тень была жёлтая, а другая — фиолетовая. Я задумался: разве тени не серые, даже если лампочка цветная? Пошёл домой экспериментировать.
Как образуется тень
Я взял лампочку и направил её свет на экран. Если между источником света и экраном поместить, например, карандаш, то на экране появляется его серая тень. Она появляется там, где лучи света, закрытые карандашом, не попадают на экран. Причём из-за того, что лучи расходятся, тень тем больше, чем ближе карандаш к источнику света.
Тень от источника цветного света при отсутствии других источников света
Логичным кажется предположение: если тень — место на экране, куда не попадает свет, то цвет тени не зависит от цвета лампы и всегда должен быть серым. Так ли это? Какие тени получатся, если освещать предмет в темноте разным цветным светом?
Сначала я осветил предмет красной лампой и увидел, что он отбрасывает тёмную тень зеленоватого оттенка. При освещении предмета зелёной лампой получается также тёмная тень, но с пурпурным оттенком; при освещении синей лампой предмет даёт тень с жёлто-оранжевым оттенком, а при освещении жёлтой лампой возникает очень тёмная фиолетовая тень. Однако один цветной источник света в отсутствие дневного или любого другого белого света даёт едва различимые оттенки теней.
Тень от источника цветного света при наличии дневного света
Я решил провести эксперименты днём, когда в комнате не так темно. Если освещать предмет цветным светом при дневном рассеянном свете из окна, то тени получаются цветные и намного ярче. При зелёном свете тень будет пурпурной, при красном — зелёно-голубой, при жёлтом — фиолетовой, при синем — жёлто-оранжевой. Появилась и вторая тень, менее контрастная, но всё же заметная и окрашенная в тот же цвет, что и цвет лампы, а вовсе не серая.
Тень от двух источников света: цветного и белого
Следующий эксперимент я вновь проводил в темноте. Вместо дневного света использовал обычную белую лампу. Мне было интересно, изменится ли цвет теней предмета при освещении его цветным светом. И какого цвета будет тень от белой лампы?
Я включал по-очерёдно те же самые лампы, но уже вместе с белой, и на экране появлялись две тени. При освещении предмета красным светом он отбрасывал зелёно-голубую тень, белым — красную. Синий свет давал жёлто-оранжевую тень, белый — светло-синюю. При зелёной лампе предмет отбрасывал пурпурную тень, при белой — зелёную; при жёлтой лампе тень становилась фиолетово-синей, при белой — жёлтой.
Получается, что тени предмета, освещённого цветным светом, — цветные и отличаются от цвета лампы, а тень предмета, освещённого белой лампой, всегда остаётся того же цвета, что и включённая вместе с ней цветная лампа, так как она окрашивает экран, на который падает тень.
Как получается белый свет
Проделаем следующий опыт. Осветим белый экран одновременно красной, синей и зелёной лампами. В том месте, куда попадает свет всех трёх ламп, экран остаётся почти белым, поскольку белый свет можно составить из красного, зелёного и синего — эти цвета называют основными.
Тень от двух источников цветного света
Проделав опыты с цветной лампой и белой подсветкой, я получил яркие цветные тени. А какие тени получатся, если заменить белый свет на цветной? Я провёл эксперименты, используя сначала красную и зелёную лампы, а затем синюю и жёлтую. Осветил предмет красной и зелёной лампами и получил две тени: от красной лампы — изумрудно-зелёную, а от зелёной — красно-алую. На фотографии хорошо видно, что цвет тени отличается от того, который получался, когда в качестве подсветки я брал белую лампу. Сам по себе белый свет не даёт цвета, а лишь делает тень от цветной лампы светлее. Цветной же свет влияет на цвет тени: он окрашивает экран и смешивается с исходным цветом тени от цветной лампы. Так, синяя лампа даёт жёлтую тень, а жёлтая лампа — синюю.
Дополнительные цвета. Цветовой круг
Образование основных и дополнительных цветов представлено на рисунке внизу. Если линзами собрать лучи каждой из указанных на схемах третей части спектра в отдельности, можно получить основные цвета — синий, зелёный и красный. А если собрать лучи основных цветов попарно, то есть синие и зелёные, зелёные и красные, синие и красные, получим голубой, жёлтый и пурпурный цвета, следовательно, в образовании каждого из них участвуют лучи двух третей спектра. Эти цвета называют дополнительными к основным.
Оказалось, что тень предмета, освещённого цветным светом, всегда получается либо чисто дополнительных цветов, либо смешанных с цветом подсветки. Мне удалось получить следующие пары дополнительных цветов: красный — зелёно-голубой, зелёный — пурпурный, синий — жёлто-оранжевый.
Затем я решил проделать опыты с другой цветной лампой и подсветкой белым светом, а также с другими комбинациями цветного света. Было интересно, получу ли я тени дополнительных цветов. И получил. Тени от цветных ламп действительно оказались дополнительных цветов. А тень от белой лампы всегда окрашена в цвет лампы, освещающей экран. Все результаты я занёс в таблицы, три из них представлены на фото внизу.
Когда я направил на предмет свет от двух красных ламп, тень неожиданно оказалась серой. Но и этому нашлось объяснение. Например, если освещать предмет красным светом, тень, отбрасываемая им, будет голубой (цвет дополнительный к красному и составляет две трети спектра). Если же направить на предмет свет от второй красной лампы, она окрасит экран в красный свет (ещё одна треть спектра). Произойдёт смешение голубого и красного цветов, что соответствует полному спектру. Поэтому тень будет серой, бесцветной (ахроматической).
Тень от трёх и более источников цветного света
Если осветить предмет тремя и более источниками цветного света, возникнет множество теней. Их цвет будет дополнительным к цвету ламп с учётом подсветок других ламп. В зависимости от расстояния, на котором расположен предмет, на его тени можно увидеть ещё и дополнительные оттенки, которые получаются от смешанного света.
Проделав множество опытов, я убедился, что тени предметов, освещённых цветным светом, — цветные и окрашены в цвет, дополнительный к цвету освещения с учётом подсветок. Исключение составляет случай, когда предмет освещён двумя источниками одинакового цветного света.
