Законы распространения света художникам
Вспомнить некоторые сведения из школьной физики может оказаться полезным для начинающего художника, оборудующего свою мастерскую.
В однородной среде свет распространяется прямолинейно. На этом свойстве света основана геометрическая, или лучевая, оптика, изучающая законы распространения света методами геометрии.
Эти методы, не находясь в противоречии с действительностью, позволяют значительно упростить все расчеты, связанные с постройкой и применением оптических приборов, объяснить образование изображений, вычислить аберрации (недостатки) оптических систем и т.д. Явления, связанные с волновой природой света, в геометрической оптике не рассматриваются.
В качестве основных понятий в геометрической оптике приняты луч и светящаяся точка. Лучом называют линию, определяющую направление распространения световых волн и световой энергии, под светящейся точкой понимается источник света бесконечно малых размеров.
В тех случаях, когда источник света или освещенная поверхность имеют определенные размеры, они рассматриваются как совокупность или геометрическое место светящихся точек с присущими этим точкам свойствами.
Отражение света
Луч света, падающий на гладкую (зеркальную поверхность), отражается от нее по следующим законам:
1) угол падения луча SAB равен углу отражения S1AB;
2) луч падающий SA и луч отраженный S1A лежат в одной плоскости с перпендикуляром AB, опущенным на поверхность в точку падения луча.
В зависимости от характера поверхности, на которую падает пучок лучей света, отражение может иметь также различный характер.
Отражение пучка лучей от идеально гладкой поверхности называется правильным, или зеркальным. При таком отражении пучок, состоящий из параллельных лучей, после отражения так же будет состоять из параллельных лучей. Отсюда "зализанная" картина, или покрытая густым слоем лака, бликует, что требует соответствующего подхода к размещению освещения. Обратите внимание, когда в следующий раз посетите выставку картин, что основное освещение обычно приглушено, а непосредственно над картиной установлена тачечная подсветка. Картина освещается сверху вниз под достаточно большим углом.
Рисунки иллюстрируют основные законы распространения света:
- 1 - схема, поясняющая основные законы отражения,
- 2 - схема правильного или зеркального отражения,
- 3 - схема рассеянного или диффузного отражения,
- 4 - схема, поясняющая основные законы преломления,
- 5 - смещение луча при прохождении через плоско-параллельную пластинку,
- 6 - отклонение луча при прохождении через трехгранную призму.
При падении того же пучка параллельных лучей на матовую (шероховатую) поверхность (например, на бумагу) каждый отдельно взятый луч будет встречаться с такой поверхностью под углом, отличным от угла падения многих других лучей, и поэтому в отраженном свете параллельность лучей нарушится. Такое отражение называется рассеянным, или диффузным.
Диффузное отражение создает некоторые трудности при подсветке живописных картин, выполненных пастозной техникой. Густые мазки краски отражают свет во всех направлениях, перекрывают друг друга, отбрасывают тени. Но этот же эффект диффузного отражение наполняет живопись переливами цвета и света.
Исходя из геометрических представлений о луче и светящейся точке, можно считать, что в любой точке шероховатой поверхности отражение бесконечно малого пучка лучей происходит во всех возможных направлениях.
Преломление света
Переходя из одной прозрачной среды в другую, с иными физическими свойствами, не перпендикулярно к поверхности раздела этих двух сред, лучи света изменяют свое первоначальное направление. Явление это называется преломлением света и также подчиняется определенным законам.
Основной закон преломления света формулируется так: отношение синуса угла падения к синусу угла преломления считается постоянным при любом значении угла падения.
sin a / sin b = n = const,
где a - угол падения, b - угол преломления, n - величина, называемая показателем преломления второй среды относительно первой. Показатель преломления n равен также отношению скорости света в первой среде к скорости света во второй среде.
Если луч света идет из "пустоты" в среду, то показатель преломления называется абсолютным. Если же свет идет из одной среды в другую, то показатель преломления называется относительным.
Показатель преломления для всех прозрачных тел больше единицы, но в большинстве случаев не достигает двух. Показатель преломления воздуха равен 1,00029 (практически 1), воды - 1,334, канадского бальзама - 1,54, различного стекла - примерно от 1,51 до 1,92.
Второй закон преломления заключается в том, что луч падающий AS и луч преломленный SB лежат в одной плоскости с перпендикуляром OS, опущенным на поверхность, разделяющую две среды в точке падения.
Зная закон преломления света, вы поймете, почему графика оформляется тонким оконным стеклом. Такое стекло хоть и преломляет свет, но, в связи с малой толщиной дефекты менее заметны.
Направление преломленных лучей
Проходя через среду, ограниченную параллельными плоскостями, например, оконное стекло, луч дважды преломится, и в результате несколько сместится, но не изменит своего первоначального направления, т.е. пойдет параллельно этому направлению. При прохождении через трехгранную (например, стеклянную) призму луч отклоняется в сторону основания призмы. Отклонение это тем больше, чем больше угол ABC, называемый преломляющим углом, и чем больше показатель преломления стекла, из которого сделана призма.
Основные законы отражения света полезно учитывать, оборудуя мастерскую. Достаточное количество освещения критично для любого художника, но многие стараются наполнять мастерские рассеянным светом, используя различные предметы интерьера, такие как светлые занавеси и монотонное светлое покрытие стен.