Descrizione

Con le esperienze qui proposte si desidera illustrare il meccanismo della visione a colori, procedere alla scoperta dei colori primari e secondari, esplorare la sintesi dei colori (e quindi il funzionamento di pigmenti, inchiostri e coloranti per tessuti). Inoltre si possono utilmente discutere ulteriori aspetti, come la diffusione della luce (scattering Rayleigh) per spiegare l’azzurro del cielo e il rosso del tramonto.

(Nota: Esiste un'altra pagina sulla sintesi dei colori piuttosto scarna che può essere eliminata/fatta confluire in questa).

I colori che attribuiamo ad un oggetto dipendono dalla luce disponibile, dalle proprietà dell'oggetto e dal cnostro meccanismo di visione. Ogni oggetto assorbe alcuni colori e ne riflette altri: i nostri occhi vedono e attribuiscono all’oggetto il colore che esso riflette.

I colori primari sono chiamati anche additivi e sono rosso, verde e blu (indicati come R,G,B dall’acronimo inglese). I secondari, invece, sono detti anche sottrattivi e sono ciano, magenta e giallo (C,M,Y).

Di seguito si mostrano le varie combinazioni possibili di luce con colori primari. Ciascuna produce un colore secondario:

E’ in questo senso che i colori primari sono additivi.

A partire dalla luce bianca, operando con filtri colorati, è invece possibile studiare il comportamento sottrattivo dei colori secondari. Ad esempio un filtro ciano in realtà rimuove la componente rossa dalla luce, lasciando così quelle blu e verde (che insieme formano appunto il ciano). Dunque i pigmenti di colori secondari, come gli inchiostri della stampante, agiscono in realtà sottraendo alla luce incidente il colore primario complementare. Di conseguenza si può anche affermare che, illuminando un oggetto con una luce di colore complementare, si vedrà la sua superficie diventare di colore nero.

Nelle Schede didattiche vengono proposti due esperimenti per esplorare queste proprietà dei colori.

E’ poi interessante spiegare il fenomeno della diffusione della luce, detto scattering di Rayleigh, che spiega perché il cielo è azzurro. Questo fenomeno si può osservare con un semplice esperimento dove un raggio laser viene fatto propagere attraverso una vaschetta d'acqua (esperimento 3). La luce attraversa l’atmosfera e si diffonde quando è in aria. Questo avviene perché in essa sono presenti particelle che riflettono la luce (vapore acqueo, polveri…); nell’acqua al contrario i raggi proseguono diritti e non sono visibili, fino a che non si disperde in acqua una polvere poco solubile, come la farina di mais.

I colori che compongono la luce bianca dei raggi solari, attraversando l’atmosfera, vengono diffusi, ciascuno diversamente, a seconda della propria lunghezza d’onda. In particolare, l’intensità della luce diffusa risulta proporzionale a $\frac{1}{\lambda ^4}$.

Le lunghezze d'onda della luce visibile sono:

Pertanto, la luce con lunghezza d’onda più corta, viola e blu, viene riflessa maggiormente dalle particelle e si diffonde ovunque. Allora il cielo non si dovrebbe vedere viola? L’occhio umano vede il colore su lunghezze d'onda che vanno all'incirca da 400 a 700 nanometri e non percepisce con efficienza il viola. I coni e i bastoncelli, che sono i nostri sensori di luce, sono infatti sensibili ad essa secondo le lunghezze d’onda mostrate in figura.

Questo ci porta a vedere il cielo come azzurro, siccome la luce diffusa dalle particelle nell’aria è blu e, in piccola parte, verde. Le componenti rosso, giallo e verde vengono diffuse poco, infatti, la luce diretta del sole ci appare gialla.

Alla sera, invece, il cielo appare rosso. Lo strato di atmosfera da superare è molto più spesso di quanto non accada a mezzogiorno e così anche le componenti verdi e gialle della luce hanno occasione di essere diffuse: il rosso/arancione, siccome caratterizzato da una lunghezza d’onda più lunga, è l’unico che non viene deviato dalle particelle presenti nell’aria e procede in linea retta fino al nostro occhio (in assenza di nubi) .

Trovate qui le Schede didattiche relative ad esperienze sui Colori e la visione