Понятие о свете для визуального искусства

Поскольку наш сайт и авторский блог художников тематически связан с визуальным искусством, а визуальное искусство невозможно без света, то мы решили написать вводную статью, о том, что означает понятие "свет". Теоретический материал, изложенный в статье, поможет немного разобраться в некоторых вопросах, вспомнить школьные уроки физики и, возможно, узнать нечто новое.

Понятие "свет"

Под понятием "свет" понимают электромагнитное излучение (электромагнитные волны), воспринимаемые человеческим глазом (видимый свет). С этой точки зрения светом следует считать электромагнитные волны, длины которых лежат в пределах приблизительно от 390 до 750 миллимикронов. В этих пределах электромагнитные волны различной длины вызывают ощущение различных цветов.

Весь спектр видимых излучений, смешанный в один общий световой поток, с определенным соотношением указанных выше лучей вызывает ощущение белого света.

По обе стороны от спектра видимого света расположены: с одной стороны - невидимые длинноволновые инфракрасные лучи, с другой - коротковолновые ультрафиолетовые, рентгеновские и гамма-лучи, которые при современных фотографических средствах также могут быть использованы для получения изображений.

В фотографической практике, к примеру, приходится сталкиваться со следующими явлениями, связанными с волновой природой света: поляризацией, дисперсией, дифракцией и интерференцией.

Поляризация света. Световые волны поперечны, т.е. перпендикулярны к линии распространения света, и обычно расположены во всех плоскостях. Такой свет называется естественным, или неполяризованным. Однако в природе имеют место и такие случаи, когда колебания световых волн расположены не во всех, а в какой-либо одной плоскости. Такой свет называется поляризованным. Поляризовать свет можно и искусственным путем, с помощью специальных световых поляризаторов, применение которых позволяет устранять на фотоснимках яркие блики.

Дисперсия (от лат. dispersio - рассеяние) - разложение светового потока на составляющие его монохроматические (одноцветные) лучи, наблюдающиеся при прохождении сложного (например, белого) света через преломляющую среду (например, стекло). Наиболее наглядное представление о дисперсии дает пропускание узкого пучка белого света через трехгранную стеклянную призму, в результате чего прошедший через призму белый свет разлагается на составные его части и образует на экране разноцветную полосу - видимый спектр.

Слева - разложение белого света в треугольной призме, справа - в ограненном кристалле

Явление дисперсии объясняется неодинаковым преломлением лучей света с различной длиной волны.

В оптических системах и, в частности, в фотографических объективах, конденсаторах и т.п. дисперсия приводит к хроматической аберрации - недостатку оптических систем, снижающему качество изображений.

Дифракция (от лат. diffractus - разломанный) - нарушение прямолинейности светового потока при прохождении его сквозь малые или узкие отверстия. Световой поток при этом как бы огибает края отверстия и расходится в стороны.

Слева - дифракция лазерного луча, справа - дифракция на нарезке компакт-диска

Дифракция составляет одно из важнейших доказательств волновой природы света. В фотографической практике дифракция возникает при значительном уменьшении отверстия диафрагмы объектива, что приводит к падению резкости изображения. Вследствие этого пользование очень малыми отверстиями с целью получения большей глубины резкости нередко приводит к обратным результатам, т.е. получению нерезких фотоснимков.

Интерференция (от лат. inter - взаимно и ferio - ударяю) - совместное действие двух (или нескольких) пучков света, при котором пучки могут исиливать и ослаблять друг друга в зависимости от соотношения между фазами взаимодействующих световых волн. В тех случаях, когда одинаковые по своей длине и интенсивности световые волны следуют в одном и том же направлении с разностью фаз в полволны, то происходит встреча противоположных фаз. При этом один пучок света как бы гасит другой, и вместо ожидаемого увеличения интенсивности света происходит значительное ее уменьшение.

Слева - картина интерференции различных волн, справа - интерференция в мыльном пузыре

На явлении интерференции световых волн основано просветление оптических деталей и, в частности, линз фотографических объективов.

Световая энергия

Распространение световых волн, как и всяких других волн, связано с переносом энергии. Энергия, переносимая световыми волнами от источника освещения, в той или иной степени поглощается веществами, встречающимися на пути этих волн. При этом как излучение, так и поглощение света происходит не непрерывно, а отдельными порциями, называемыми квантами, энергия которых прямо пропорциональна частоте колебания, а следовательно обратно пропорциональна длине волны. Именно этим объясняется наибольшая актиничность, т.е. наибольшее воздействие коротковолновых синих и фиолетовых лучей на светочувствительные фотографические слои и весьма слабое действие на эти слои длинноволновых оранжевых и красных лучей.

Световые величины

В практической фотографии и некоторых визуальных искусствах встречается ряд терминов для обозначения световых величин. Ниже приведены краткие их определения.

Сила света - величина, характеризующая свечение источника в определенном направлении.

Световой поток - мощность излучения, оцениваемая по зрительному впечатлению, которое оно производит.

Освещенность - отношение светового потока к площади освещаемой им поверхности.

Количество освещения - произведение освещенности на время освещения.

Яркость - отношение силы света в данном направлении к проекции светящейся поверхности на плоскость, перпендикулярную к тому же направлению.

Из приведенных величин в практике визуальных искусств наиболее часто приходится сталкиваться с понятиями "освещенность" и "яркость".

Огромное практическое значение имеет зависимость освещенности от расстояния между источником освещения и освещаемой поверхностью. Освещенность плоскости, перпендикулярной направлению светового потока, прямо пропорциональна силе света и обратно пропорциональна квадрату расстояния от источника света до освещаемой им поверхности.

В случаях, когда освещаемая поверхность не перпендикулярна направлению света, т.е. падает на поверхность не под прямым углом, освещенность уменьшается пропорционально косинусу этого угла.