Марат Ка
Свет
От автора
Это книга о свете. Она является первой частью двухтомного издания, посвящённого понятиям света и цвета в интерьере.
Многих из нас в школе не привлекали точные и естественные науки. Физика казалась скучной, в то время как заниматься хотелось чем-то творческим. Да и школьные учителя зачастую не старались заинтересовать учеников своим предметом. В результате сегодня многим из нас недостаёт фундаментальных знаний в этой области.
Обучение художников, дизайнеров и декораторов происходит в основном на практике и не всегда предполагает усвоение системной информации. Считается, если художник учится писать натюрморты, а декоратор красить стену, то им просто нужно делать это чаще, и с каждым разом у них будет получаться всё лучше и лучше. Но многое из того, что кажется результатом интуитивного озарения, на самом деле является проявлением закономерностей.
Решение написать эти книги возникло после того, как автор, стремясь восполнить недостаток теоретических знаний своих коллег и сотрудников об использовании понятий цвета и света в интерьере, столкнулся. с неожиданной проблемой. Казалось бы, на эту тему уже всё написано. Но выяснилось, что подходящей литературы не существует. Ни на каком языке. Трудно было поверить, что эта тема никому не интересна, ведь цветовое и световое решение интерьера оказывает огромное влияние на наше настроение и самочувствие. Но почему-то для людей, которые профессионально этим занимаются, не написали ни одной понятной книги!
В учебнике, который находится у вас в руках, вы найдёте информацию о природе света, сведения о различных лампах и светильниках и советы по созданию освещения в различных пространствах. Каждая глава книги разделена на две части теоретическую и практическую. Но не всё из того, что вы здесь прочтёте, является сугубо научной информацией. Многое из изложенного является личным мнением автора и, разумеется, может быть оспорено.
Книга адресована художникам, декораторам, архитекторам, а также широкому кругу читателей, которые хотят больше узнать об оформлении интерьеров. Автор старался рассказать о сложных явлениях как можно проще, поэтому надеется, что она никому не покажется тяжелой или скучной, и изложенные в ней сведения помогут вам создавать красивые интерьеры.
Глава 1. Физика для декоратора. Свет
Сын астронома спрашивает у мамы:
Мам, а что такое Марс?
Марс это такая планета. А почему ты не спросишь у папы?
А мне просто не нужно так много знать
1.1 Что такое свет
Золотое правило для декоратора грамотное освещение интерьера. С помощью света его можно сделать уютным, а можно и безнадёжно испортить. Но прежде чем говорить о выборе светильников и конкретных типах ламп, нужно разобраться в том, что же такое свет.
Как гласит любой учебник физики, свет это электромагнитное излучение. Однако довольно трудно найти короткое и понятное объяснение этого явления. Поэтому будем считать электромагнитное излучение некоторым колебательным процессом, циркулирующим в пространстве.
Чтобы лучше понять этот процесс, представьте, что стоите на берегу пруда. Если вы возьмёте в руку камешек и бросите его в воду, то увидите, как от него по воде расходятся волны.
Электромагнитное излучение это тоже волны, просто мы не можем их видеть. Как и волны на поверхности воды, они имеют свою длину, которая представляет собой расстояние между соседними гребнями.
А теперь вспомните поплавок, который находится в спокойной воде. Он начнёт колебаться от поднявшейся волны, если вы бросите в пруд ещё один камешек. Это произойдёт из-за того, что энергия камня передастся воде, а энергия воды поплавку. Точно так же электромагнитные волны переносят энергию.
1.2 Скорость распространения излучения
Волны от камня, брошенного в пруд, двигаются со скоростью пять километров в час. Это средняя скорость пешехода. Чтобы достичь берега, им требуется некоторое время. Скорость распространения электромагнитной волны приблизительно равна 300 000 километров в секунду. Это и есть скорость света. Она настолько велика, что наш глаз не способен увидеть, как движется световая волна.
1.3 Разные электромагнитные излучения
Электромагнитные волны окружают нас повсюду. Гамма-излучение, рентгеновские лучи, видимый свет, радиоволны все эти знакомые нам термины обозначают различные виды излучения. Они имеют разную длину волны (от миллиардных долей миллиметра до километров) и по-разному воспринимаются человеком. Мы часто используем их в обычной жизни для удовлетворения тех или иных своих потребностей.
1.4 Видимое излучение
Наш глаз видит электромагнитное излучение в крайне узком диапазоне с длиной волны от 380 до 740 нанометров (нм). Такое излучение называется видимым светом. Световые волны очень короткие, ведь нанометр это миллионная доля миллиметра. Чтобы представить себе нанометр, нужно волос разрезать вдоль 10 000 раз!
1.5 Инфракрасное и ультрафиолетовое излучения
Видимый свет это малая толика диапазона электромагнитных излучений. К другим их видам наш глаз не чувствителен, что совершенно не означает их отсутствие в природе. До границы видимого света расположена область ультрафиолетового излучения, а после неё инфракрасного.
Инфракрасное и ультрафиолетовое излучения присутствуют и в свете Солнца, и в свете лампы вместе с видимым светом. Они хоть и не воспринимаются глазом, но оказывают воздействие на наш организм. Так, инфракрасное излучение способно нагревать объекты.
Известно, что многие виды животных и насекомых могут воспринимать эти излучения. Например, пчёлы видят в ультрафиолете, а стрекозы, змеи и совы имеют инфракрасное зрение.
Видимый свет, а также ультрафиолетовое и инфракрасное излучения вместе составляют оптический диапазон.
1.6 Гамма- и рентгеновское излучения
В диапазоне до 10 нм лежат рентгеновское излучение и гамма-излучение. Первое из них позволяет нам увидеть, что происходит внутри непрозрачных объектов. Проходя через наше тело, рентгеновские лучи по-разному взаимодействуют с костями скелета и мягкими тканями. Так возникает рентгеновский снимок белая графика со слегка размытыми контурами на чёрном фоне. Гамма- излучение расположилось по соседству с рентгеновским, но имеет более короткую длину волны. Встреча с ним вызывает лучевую болезнь.
1.7 Радиоволны
В диапазоне два нм и выше находятся радиоволны. Они используются при передаче данных. Благодаря волнам этого диапазона мы можем слушать радио, смотреть телевизор, пользоваться мобильным телефоном.
Лишь в сказках можно с помощью светлячков осветить себе путь через лес. В реальной жизни только Солнце более-менее постоянно даёт свет всем живым существам на нашей планете. Но, к сожалению, и оно не является идеальным источником освещения.
1.8 Использование излучения
Медики, реставраторы, криминалисты, военные и специалисты многих других профессий постоянно используют в своей работе электромагнитные излучения.
Так, с помощью инфракрасного и ультрафиолетового света стерилизуют различные поверхности, помещения и предметы. Они же используются в приборах ночного видения, потому что в этих лучах становятся заметны следы преступлений и подделки. В музеях радиоволны и рентген помогают определить, что находится внутри произведений искусства.
1.9 Восприятие света и световая энергия
Излучение видимого для человека диапазона, воздействуя на наши глаза и мозг, воспринимается нами как свет. Оно несёт в себе определённую энергию, которая является результатом преобразования в источнике какой-либо другой энергии тепловой, электрической или химической. Например, раскалённый гвоздь начинает ярко светиться, потому что тепло огня преобразуется в видимый свет.
Это преобразование описывает закон сохранения энергии. Он гласит, что любая энергия не возникает ниоткуда и не исчезает в никуда. Она может только переходить из одной формы в другую.
1.10 Естественные источники света
Основным природным источником света для нас является Солнце, которое «работает» именно за счёт тепловой энергии. Но в природе светиться способно не только оно.
Так, яркая вспышка молнии результат разряда электрических частиц в грозовом облаке. Или, например, фосфор светится зелёным при окислении его кислородом воздуха. Это явление называется хемилюминесценцией. Кроме того, свет способны излучать отдельные биологические организмы светлячки, водоросли, медузы, некоторые жители океана.
Однако же, кроме Солнца, все остальные естественные источники света являются или слишком слабыми, или непостоянными. Лишь в сказках можно с помощью светлячков осветить себе путь через лес. В реальной жизни только Солнце более-менее постоянно даёт свет всем живым существам на нашей планете. Но, к сожалению, и оно не является идеальным источником освещения.
1.11 Искусственные источники света
Даже в древние времена Солнце не могло полностью удовлетворить потребности человека. К ночи небесное светило всегда скрывалось за горизонтом, и он оставался один на один с опасностями, которые таила в себе темнота.
Поэтому человек создал искусственные источники света, силу и время свечения которых мог контролировать. Сначала он научился добывать огонь, стал зажигать факелы и костры, затем придумал, как делать свечи и масляные лампы.
В середине XIX века была изобретена лампа накаливания, после чего появились многие другие виды ламп галогенные, люминесцентные, ртутные, натриевые, светодиодные и т.д.
В основе устройства всех этих ламп лежат различные принципы получения света. В лампе накаливания используется, как следует из её названия, накальный принцип нагревание проводника с помощью электрического тока. В ртутной лампе свет возникает в результате газового разряда. В люминесцентных лампах светится специальный порошок, нанесённый на стенки колбы.
В современной жизни мы используем три основные источника искусственного света тепловые, люминесцентные и светодиодные лампы.
1.12 Свет и предмет
Лучи света, будь то солнечный свет или свет лампы, определённым образом взаимодействуют с разными предметами, которые они освещают. Возьмём лист белой бумаги, чёрный картон и обыкновенное стекло. В тёмной комнате посветим на них по очереди фонариком. Белый лист сразу выделится из темноты. Чёрный картон будет практически неразличим. Стекло тоже очень непросто заметить, но зато мы сможем разглядеть те предметы за ним, на которые попадёт луч фонарика.
Этот небольшой опыт показывает, что свет взаимодействует с поверхностью предмета, на которую он падает, тремя способами: отражается от поверхности; поглощается поверхностью; проходит через толщу вещества. Большую часть падающего света отражают белые предметы. А чёрные, наоборот, почти весь свет поглощают, но при этом нагреваются, поскольку световая энергия переходит в тепловую. Именно поэтому в солнечную погоду невозможно прикоснуться к капоту чёрного автомобиля настолько он становится горячим. По такому принципу работают водонагревательные элементы на крышах зданий в южных странах, в то время как дома на юге стараются красить в белый цвет. А окна делают из стекла ведь это один из тех материалов, которые лучше всего пропускают солнечные лучи.
1.13 Три части светового потока
Несмотря на то, что некоторые предметы кажутся нам светлее, другие темнее, а третьи прозрачнее, ни один материал не способен полностью поглотить, пропустить или отразить свет. Поток света, падающий на поверхность, всегда делится на три части отражённую, поглощённую и прошедшую насквозь.
Поверхность белой бумаги отражает не весь падающий свет, а прозрачное стекло, даже очень тонкое и чистое, не весь свет пропускает. Поэтому мы видим и само стекло, и предметы за ним. Чёрные предметы тоже поглощают световую энергию не полностью.
Какую часть лучей поверхность отразит, какую поглотит, а какую пропустит, зависит от её свойств.
Окружающие нас предметы могут быть сделаны из разных материалов. Если вы завяжете себе глаза, то на ощупь всегда сможете отличить бумажную коробку от капота автомобиля, потому что у них разная фактура. Как и наши пальцы, световые лучи «различают» все эти поверхности и по-разному отражаются от них.
1.14 Отражённый свет
Освещая различные объекты. и отражаясь от их поверхности, лучи света попадают в наш глаз. По сути, мир вокруг нас мы воспринимаем в отражённом свете. Сами предметы не испускают никакого видимого излучения.
Световая энергия распространяется от источника во все стороны. Но каждый конкретный луч отражается от поверхности, на которую падает, в совершенно определённом направлении.
Это направление описывает закон отражения света: угол падения равен углу отражения.
Угол падения это угол между падающим на поверхность лучом и перпендикуляром к ней, установленным в точке падения.
Угол отражения это угол между отражённым от поверхности лучом и этим же перпендикуляром.
Справедливость этого закона легко проверить: попробуйте в тёмной комнате направить на зеркало, висящее на стене, луч фонарика, но не прямо, а под определённым углом. Вы увидите, как он под тем же углом отразится от зеркала. Точно так же свет отражается от любой другой поверхности.
1.15 Свойства различных поверхностей
Окружающие нас предметы могут быть сделаны из необработанного дерева, блестящего металла, грубого камня или мягкой шерсти. Если вы завяжете себе глаза, то на ощупь всегда сможете отличить бумажную коробку от капота автомобиля, потому что у них разная фактура. Как и наши пальцы, световые лучи «различают» все эти поверхности и по-разному отражаются от них.
Давайте сравним белый автомобиль и стену дома, выкрашенную белой краской. Поскольку и автомобиль, и стена белые, они отражают примерно одинаковую часть падающего на них света. Но выглядят при этом совсем не одинаково.
У машины поверхность глянцевая и блестящая, а у стены матовая. В начищенном крыле автомобиля мы можем рассмотреть отражения солнца, облаков, предметов вокруг, в то время как на стене дома мы ничего подобного не увидим. Таким образом, световые лучи ведут себя по-разному в зависимости от фактуры предметов.
1.16 Зеркальное отражение
Чтобы лучше понять, почему так происходит, давайте посмотрим, как ведут себя лучи, соприкасаясь с поверхностью автомобиля. Отражённые лучи попадают в наш глаз таким же упорядоченным параллельным потоком, как и падающие. Это происходит потому, что поверхность гладкая. Все лучи падают на неё под одинаковыми углами и под теми же углами отражаются, вызывая блеск и блики. Такое отражение называется зеркальным.
1.17 Диффузное отражение
Совсем по-другому взаимодействует со светом шероховатая поверхность. Стена имеет неровности, каждый луч из светового потока образует с ней угол своей величины, а свет отражается от неё в разных направлениях. Такое отражение называется диффузным или рассеянным.
Неровная поверхность всегда рассеивает свет, поэтому очертания шероховатых предметов и градации светотени кажутся нам мягкими, размытыми. Блики в данном случае не образуются.
Теперь понятно, почему в нашем примере две белые поверхности выглядели настолько разными. Крыло автомобиля было достаточно гладким, а стена шероховатой.