4.9 Свет и воздух
Проходя через атмосферу Земли, поток солнечного света меняется. Некоторая его часть доходит до поверхности планеты, сохраняя своё направление. Ещё часть поглощается и переходит в теплоту, нагревающую воздух. Большая же часть лучей рассеивается атмосферой.
Рассеяние происходит тогда, когда на своём пути световой луч встречает маленькую частицу. Это может быть капля тумана, пылинка или даже молекула воздуха. После такой встречи луч меняет направление. Отклонившись от первоначального пути один раз, он может столкнуться с другой частицей и снова изменить свою траекторию.
Каждая частица забирает у падающей на неё волны часть энергии и сама становится источником новых электромагнитных волн волн рассеянного света. Свет от Солнца, а также от любых других источников рассеивается в воздухе постоянно и повсеместно. Атмосфера в буквальном смысле заполнена рассеянным светом, потоки которого постоянно пересекают её в самых разнообразных направлениях.
4.10 Путь солнечных лучей
В разное время дня солнечные лучи проходят в земной атмосфере разное расстояние до поверхности. Если Солнце находится в зените, то их путь через толщу воздуха станет минимален. Такие лучи будут поглощаться и рассеиваться меньше всего. А по мере того, как Солнце всё больше приближается к горизонту, расстояние увеличивается.
Сразу после рассвета и перед закатом Земле достаются только косые лучи Солнца. А когда оно находится на горизонте, его лучам
приходится проделывать в атмосфере путь, который примерно в полтора раза больше, чем при положении Солнца в зените.
Чем длиннее путь лучей, тем больше энергии они будут терять на этом пути. Чем ближе опускается Солнце к горизонту, тем больше ослабляется и рассеивается его свет. Именно поэтому в полдень всегда жарче, чем на закате.
4.11 Зачем об этом знать художнику и декоратору
При рассеянии световых лучей возникают различные световые явления, интересные для тех, кто занимается визуальными искусствами. Художнику необходимо знать, почему небо голубое, а солнце на закате красное, почему через туман плохо видно, а после заката ещё долго светло. Чтобы найти ответы на эти и другие подобные вопросы, нужно понимать, что происходит с лучом солнечного света в земной атмосфере.
Проходя через атмосферу Земли, поток солнечного света меняется. Некоторая его часть доходит до поверхности планеты, сохраняя своё направление. Ещё часть поглощается и переходит в теплоту, нагревающую воздух. Большая же часть лучей рассеивается атмосферой.
4.12 Освещение Земли
Солнце, небо, облака и сама земная поверхность участвуют в освещении нашей планеты. Земля получает свет Солнца и в виде прямых лучей, и в виде рассеянного света.
Достигая земной поверхности, лучи отражаются от неё и попадают назад в атмосферу. Здесь они участвуют в рассеянии, и часть их вновь возвращается к поверхности, увеличивая освещённость Земли.
Облака в небе играют роль экрана, направляющего к нам потоки отражённого и рассеянного света. В отсутствие облаков эти лучи ушли бы в космическое пространство.
Зима ли у нас или лето, покрыта ли земля травой или снегом, кучевые на небе облака или перистые, полдень или вечер Эти и многие другие факторы влияют на то, насколько нам светло.
4.13 Облака
Кучевые облака, которые не закрывают собой солнечный диск, могут в несколько раз увеличить освещённость поверхности Земли рассеянным светом. Это происходит потому, что они, как мы теперь знаем, не дают потокам солнечного света уйти из атмосферы.
А вот низкие и плотные слоистые облака уменьшают освещённость в несколько раз. Они покрывают всё небо и снижают интенсивность светового потока.
4.14 Снег и трава
Зимние ночи кажутся светлее, чем летние, поскольку снежный покров отражает солнечный свет лучше, чем трава. Это и понятно, ведь снег имеет белый цвет. Травяной покров способен отразить лишь 25 процентов падающего на него светового потока, а сухой выпавший снег более 85 процентов.
Из-за снега у альпинистов в горах существует опасность слепоты повреждения глаз слепящим светом, исходящим не только от Солнца, но и от поверхности заснеженных вершин.
4.15 Ясная и пасмурная погода
При ясном или малооблачном небе главная роль в освещении Земли принадлежит прямым солнечным лучам. Но роль рассеянного света тоже велика. Он освещает те места, куда прямые лучи не попадают. Так, в чаще леса, в глубоком овраге, в комнате, окна которой обращены на север, вполне светло. В пасмурную погоду всё освещает тоже лишь рассеянный свет.
4.16 После заката
Когда Солнце уже скрылось за горизонтом, земная поверхность освещается рассеянным светом. Этот свет исходит от той части небосвода, что ещё освещена солнечными лучами. Благодаря рассеянному свету переход ото дня к ночи и от ночи ко дню происходит не мгновенно, а растягивается на некоторый промежуток времени, называемый сумерками. И при облачном небе ночь наступает позже, чем в ясную погоду. Облака, покрывающие небо, активно участвуют в рассеянии света.
4.17 Ночь
Главным источником света ночью является Луна. Она посылает на Землю свет Солнца, отражённый её поверхностью. Лунная освещённость едва достигает десятитысячных долей процента солнечной (0,0002 0,0003%). Однако мы способны видеть и в безлунные ночи. Можно предположить, что нам светят звёзды, но их свет очень слабый. Помимо звёзд, свет исходит от самого ночного неба. Ночное свечение атмосферы это свечение разрежённых газов, присутствующих в составе воздуха на высотах от 80 до 300 километров.
4.18 Почему Солнце на закате красное?
Как мы уже говорили, солнечный диск имеет белый цвет с жёлтым оттенком, потому что большая часть испускаемых им видимых лучей лежит в жёлто-зелёной части спектра.
Днём мы можем наблюдать истинный цвет ближайшей к нам звезды. Но на закате небесное светило всегда краснеет. Почему так происходит?
Солнечный свет рассеивается атмосферой, причём лучи разного цвета подвержены этому в разной степени. Фиолетовые будут рассеиваться намного сильнее, чем красные (в точном выражении в 16 раз).
Прямой свет теряет за счёт рассеяния в основном синие и фиолетовые лучи. На цвет Солнца в зените это не оказывает большого влияния. Но когда оно опускается к горизонту, его лучи вынуждены проходить в атмосфере всё больший и больший путь, и они все сильнее рассеиваются атмосферой.
В процессе рассеяния потери коротковолновых, то есть фиолетовых, синих и голубых лучей, становятся всё более заметными. Таким образом, из светового потока до земной поверхности доходят преимущественно длинноволновые лучи красные и оранжевые. Поэтому цвет Солнца становится сначала оранжевым, а затем красным.
4.19 Почему небо голубое?
В предыдущем разделе мы упомянули о том, что фиолетовые лучи, входящие в состав белого солнечного света, воздух рассеивает в 16 раз сильнее, чем красные. Следовательно, в рассеянном свете их в 16 раз больше. Синие лучи подвержены этому меньше, чем фиолетовые, но больше, чем голубые.
Если все цветные рассеянные лучи смешать в том соотношении, в котором они доходят до поверхности нашей планеты, то эта смесь будет иметь голубой оттенок. Именно поэтому мы видим небо голубым.
Красный цвет закатного Солнца и голубой цвет неба всё это следствия рассеяния. После того как прямой солнечный свет проходит сквозь толщу воздуха, в нём остаются преимущественно длинноволновые лучи (красные), а в рассеянный свет попадают коротковолновые (голубые).
4.20 Почему облака и туманы белые?
Облака и туманы тоже рассеивают свет, но иначе воздуха. В облаках лучи всех длин волн рассеиваются одинаково. Этим объясняется их белый цвет. В воздухе лучи разных длин волн рассеиваются по-разному, а при рассеянии на капельках воды (из которых состоят облака и туман) все они рассеиваются однообразно. Это сильно влияет на окраску неба. Когда атмосфера становится менее прозрачной и в воздухе появляется дымка, небо больше не кажется таким голубым, как при ясной погоде. Капельки воды в воздухе уменьшают синеву неба, делая его белёсым.
4.21 «Хочу всё знать» для декоратора
Конечно, обо всех описанных в этой главе феноменах можно прочитать в книгах из серии «Хочу всё знать». Но декоратору необходимо иметь о них представление. Естественный свет в интерьере, созданном декоратором, существенно его меняет. Свет из окна может исказить цвет стен или потолка, а может преобразить его.
Квартира на втором этаже дома в Санкт-Петербурге при естественном освещении выглядит иначе, нежели квартира на пятом этаже в Крыму.
В петербургской света меньше, но цвет его белый. На юге же всё помещение залито тёплым солнечным светом, который в полдень слепит глаза.
Декоратору необходимо знать о том, почему естественное освещение бывает совершенно разным, чтобы создавать интерьеры, где людям комфортно находиться.
Практика декоратора
Рассвет и закат
Мы запомнили, что когда Солнце опускается к горизонту, его лучам приходится проделывать длинный путь. Мы также знаем, что проходя этот путь, потоки света рассеиваются атмосферой. Рассеяние затрагивает фиолетовые лучи сильнее, чем красные, поэтому на закате небесное светило приобретает такой цвет.
Следуя этой логике, на рассвете Солнце тоже должно окрашивать небо в оранжево-красные тона, ведь оно занимает то же самое положение. Но в жизни этого почему-то не происходит. Рассвет бывает окрашен другими цветами светлыми розово-фиолетовыми. Всё дело в температуре Земли. Ранним утром её поверхность ещё холодная, а за день она нагревается. Тёплый воздух усиливает окраску заката, и чем выше температура, тем сильнее рассеяние. Цвет заката и восхода важно учитывать при выборе цвета интерьера.
Однажды одному архитектору необходимо было оформить две практически одинаковые спальни. Окна первой выходили на восток, а второй на запад. В одной комнате солнце было утром, в другой вечером.
Главный принцип при выполнении таких задач состоит в том, что с реальностью не нужно бороться. Если комнату, которую большую часть дня заливает тёплый оранжевый свет из окна, покрасить в фиолетовый, она будет выглядеть серо-зелёной. Поэтому в спальне с окнами на восток был создан серебристо-персиковый интерьер, а в спальне с окнами на запад шоколадно-оранжевый.
Свет и местность
Характер естественного света сильно влияет на декор и освещение. Поэтому прежде чем вы решите начать строить дом или оформлять интерьер, необходимо изучить условия конкретной местности.
Так, в Санкт-Петербурге большую часть года белёсое небо, и до земли доходит мало солнечных лучей. Интерьер в таком городе хочется осветить интенсивным тёплым светом ламп накаливания. К тому же нужно помнить, что белые переплёты окна будут сливаться с цветом неба. В свою очередь, в квартире, находящейся в Сочи, всегда много солнца, придающего желтоватый оттенок белым стенам. В данной местности лучше будет смотреться минималистский интерьер в холодных тонах, освещённый светом с более высокой цветовой температурой.
А в некоторых местах световой климат таков, что интерьер лучше вообще закрыть от естественного света. В Москве, например, облака обычно находятся на небольшой высоте, в то время как в Нью-Йорке (и в большинстве других мировых столиц) уровень туч значительно выше. Поэтому в московских интерьерах основным является свет искусственный.
Сочетание естественного и искусственного света
Даже если комната выходит на солнечную сторону и имеет большие окна, чаще всего только естественного света недостаточно. Какими бы большими ни были окна, освещённость пространства всё равно ограничена их размером, и для того, чтобы осветить его равномерно, требуется искусственный свет.
Если в помещении используются одновременно искусственное и естественное освещение, они должны быть сбалансированы. Давайте рассмотрим, как можно решить эту задачу на примере школьного класса.
Обучение в школе проходит в первой половине дня. Окна в классах, как правило, остаются открытыми. Первый ряд парт, стоящий у окон, хорошо освещён естественным светом, второй освещён хуже, а ряд у стены уже не может обойтись без ламп. Искусственный свет в школьном классе должен быть таким, чтобы места всех учеников были одинаково хорошо освещены.
Поэтому для освещения ряда у окна можно использовать энергосберегающие лампы (летом эту часть освещения вообще не нужно включать). Средний ряд должен быть освещён энергосберегающими и лампами накаливания, а ряд у стены только лампами накаливания. Лучше всего, если переход от одного вида ламп к другому будет плавным.
Основное из Главы 4
Земля вращается вокруг Солнца.
На Земле ночь сменяет день, а зима лето.
Землю освещают прямые солнечные лучи, рассеянный в атмосфере свет, а также свет, отражённый от земной поверхности и облаков.
Атмосфера Земли рассеивает свет, ослабляя солнечные лучи.
Сине-фиолетовая часть солнечного излучения рассеивается сильнее, чем красная. Из-за этого небо нам кажется голубым, а Солнце на закате красным.
Глава 5. Свет и тени
Не бойся собственной тени тень никогда не знает, на чьей стороне она будет.
Веслав Брудзиньский
5.1 Светотень
Любой освещённый предмет отбрасывает тень, поскольку и Солнце, и светильники освещают различные объекты неравномерно. Куда-то попадает больше света, а куда-то меньше.
Все мы имеем представление об этом явлении, потому что постоянно сталкиваемся с ним в обычной жизни. Однако декоратору необходимо гораздо лучше разбираться в том, как работать со светом и тенью. Игра света и тени порой создаёт удивительные иллюзии и полностью преображает пространство.
5.2 Гипсовые формы
Чтобы лучше разобраться в том, как предметы отбрасывают тень, давайте рассмотрим белый гипсовый шар в свете настольной лампы. На его поверхности несколько областей: свет область шара, которая освещена лучше всего; собственная тень неосвещённая или слабо освещённая область; полутень область, где свет постепенно переходит в тень; перелом самая тёмная часть тени; рефлекс слабое светлое пятно в области тени. На поверхности стола мы увидим падающую тень пространство за шаром, куда не попадает свет.
Теперь возьмём не гипсовый шар, а металлический цилиндр. Пусть это будет консервная банка. У метал-ла более гладкая по сравнению с гипсом поверхность, и мы можем видеть на ней ещё две градации светотени: блик самое светлое пятно в центре области света; отражение изображение предметов, находящихся рядом.
На гладких поверхностях отражения видны относительно отчётливо.
5.3 Контраст изображения
Разница между светом и тенью называется контрастом. Он может быть более или менее выраженным. В ясный летний полдень на улице яркие света и глубокие чёрные тени, а в облачную погоду они кажутся гораздо более мягкими. Чем интенсивнее свет, тем больше контраст.
5.4 Светотень и направление света
Поверхность любого объёмного предмета, например, рассмотренного нами цилиндра, в каждой своей точке повёрнута к источнику света под разным углом.