Domanda:
Cosa determina il colore: lunghezza d'onda o frequenza?
user541686
2012-02-23 00:37:20 UTC
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Che cosa determina il colore della luce - è la lunghezza d'onda della luce o la frequenza?

(cioè se metti la luce attraverso un mezzo diverso dall'aria, al fine di mantenere lo stesso colore , quale dovreste mantenere costante: la lunghezza d'onda o la frequenza?)

Grazie per avermi fatto pensare a qualcosa che non avevo mai considerato prima.
Lunghezza d'onda: la lunghezza di un segnale definita dalla velocità della luce (~ 300.000 km / h) divisa per la frequenza.
Il colore è una percezione umana qualitativa che non è semplicemente una funzione della lunghezza d'onda o della frequenza (anche l'intensità è importante).Se guardi un oggetto mentre l'occhio è esposto ad un mezzo diverso dall'aria, la percezione che chiamiamo colore può cambiare a causa del diverso assorbimento della luce nel mezzo.
Undici risposte:
#1
+44
Frédéric Grosshans
2012-02-23 01:15:48 UTC
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Il colore è definito dall'occhio e solo indirettamente da proprietà fisiche come lunghezza d'onda e frequenza. Poiché questa interazione avviene in un mezzo di indice di rifrazione fisso (l'umore vitreo dell'occhio), la relazione frequenza / lunghezza d'onda all'interno dell'occhio è fissa.

Fuori dai tuoi occhi, la frequenza rimane costante e la lunghezza d'onda cambia a seconda del mezzo, quindi direi che la frequenza è ciò che conta di più. Questo spiega perché il colore degli oggetti non cambia quando li guardiamo sotto l'acqua (trasparente) ($ n = 1,33 $) o nell'aria ($ n = 1 $).

Gli oggetti appaiono dello stesso colore sott'acqua perché stiamo ancora usando i nostri occhi per vederli!È l'indice di rifrazione del fluido nel bulbo oculare che determina la lunghezza d'onda della luce rilevata, indipendentemente dal fatto che sia passata attraverso l'aria o l'acqua per arrivarci.Il tuo primo paragrafo è giusto, il secondo (o meglio l'ultima frase) è sbagliato.
La frequenza è indipendente dalla n esterna e rimane la stessa all'interno del bulbo oculare.Non ho idea se la quantità rilevante sia la frequenza o la lunghezza d'onda all'interno del bulbo oculare (o all'interno delle cellule del cono).Non credo che l'ultima frase sia sbagliata, ma probabilmente non è chiaro.Come formulereste questa idea?
Quello che sto dicendo è sicuramente che non importa quale mezzo sia passato la luce prima di raggiungere i tuoi occhi.La frequenza è fissa e quindi la lunghezza d'onda è la stessa dentro il tuo bulbo oculare qualunque cosa.Quindi la tua affermazione che il colore immutabile di un oggetto sott'acqua identifica la frequenza come parametro critico a mio avviso non è corretta.
Quello che voglio dire sembra molto vicino: la frequenza è fissata durante la vita del fotone e determina la lunghezza d'onda nel bulbo oculare.La lunghezza d'onda nel mezzo originale è rilevante solo nella misura in cui è collegata alla frequenza costante del fotone.Ad ogni modo, sembra che siamo d'accordo su ciò che accade fisicamente e non siamo d'accordo solo sul modo migliore per descriverlo, che è secondario.
Ma cosa succede se si considera una fotocamera piuttosto che il bulbo oculare?Se racchiudi il CCD di una telecamera in plastica trasparente o diamante (con IOR molto diverso) il colore registrato dalla telecamera non sarà ancora lo stesso?In altre parole, la lunghezza d'onda che raggiunge il CCD della fotocamera è diversa, ma il colore = frequenza non lo è?
In realtà, i fotorilevatori delle moderne fotocamere sono essenzialmente ciò che descrivi: la zona attiva è all'interno di un semiconduttore, di indice di rifrazione tipico 3-4.La loro sensibilità alla “lunghezza d'onda”, è essenzialmente determinata dall'energia del fotone (corrispondente ad un gap nelle bande di energia), cioè la frequenza del fotone.
E se realizzassimo un rilevatore dal quale il rilevamento dipende anche dalla velocità della luce o dalla lunghezza d'onda?
#2
+36
FrankH
2012-02-23 00:50:42 UTC
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Per quasi tutti i rilevatori, in realtà è l'energia del fotone l'attributo che viene rilevato e l'energia non viene modificata da un mezzo rifrattivo. Quindi il "colore" rimane invariato dal mezzo ...

Nota: "Energia = h * f" dove "h" è una costante di Planck e "f" è la frequenza.Pertanto, il colore è determinato dalla frequenza.
#3
+28
David Z
2012-02-23 02:40:13 UTC
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Come ha detto FrankH, in realtà è l ' energia che determina il colore. La ragione, in sintesi, è che il colore è un fenomeno psicologico che il cervello costruisce sulla base dei segnali che riceve dalle cellule coniche sulla retina dell'occhio. Questi segnali, a loro volta, vengono generati quando i fotoni interagiscono con proteine ​​chiamate fotopsine. Le proteine ​​hanno diversi livelli di energia corrispondenti a diverse configurazioni, e quando un fotone interagisce con una fotopsina, è l ' energia del fotone che determina quale transizione avviene tra i livelli di energia, e quindi la forza del segnale elettrico viene inviato al cervello.

Nota a margine: ho pubblicato una risposta abbastanza dettagliata ma sottovalutata (almeno, lo pensavo) a una domanda molto simile su reddit alcuni giorni fa . Potrei modificarlo qui se lo trovi utile.

L'energia $ \ implica $ frequenza? $ E = h \ nu $ e $ \ nu $ è invariante sulla rifrazione. Il che mi porta a un'interessante domanda secondaria: i materiali esibiscono colori a causa della loro tendenza ad assorbire / riflettere varie lunghezze d'onda. Cosa succede quando l'oggetto viene inserito in un mezzo?
Sì, anche la frequenza determina il colore. (Esiste una funzione che mappa le frequenze nello spettro visibile in un sottospazio $ \ mathbb {R} ^ 1 $ dello spazio colore $ \ mathbb {R} ^ 3 $ RGB.) Ma ho enfatizzato l'energia perché la ragione fisica per cui i colori sono in grado di distinguersi si basa proprio sull'energia. AFAIK l'origine dei colori dei materiali è principalmente lo stesso meccanismo, le transizioni del livello di energia, quindi ancora una volta i colori non vengono influenzati quando si mette il materiale in un mezzo rifrangente.
Penso che questo sia giusto ed è l'unica risposta che ho votato verso l'alto perché parla del meccanismo di rilevamento.Argomenti basati sul colore delle cose che appaiono nelle piscine ecc. Sono inutili perché la luce passa nel mezzo del nostro bulbo oculare prima del rilevamento.L'esperimento corretto consiste nel modificare l'indice di rifrazione nel bulbo oculare e vedere se il colore cambia.
@Rob D'altra parte, questo perpetua l'idea sbagliata che l'energia nella luce sia puramente una funzione della frequenza e non del numero di fotoni (alias "intensità").C'è davvero poco da guadagnare dalla menzione dell'energia;la corrispondenza frequenza / lunghezza d'onda è abbastanza confusa senza trascinare ancora più variabili correlate nel mix.
#4
+5
Shaktyai
2012-07-26 11:35:19 UTC
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Gli esperimenti di rifrazione mostrano che è la frequenza che determina il colore. Quando un raggio di luce attraversa il confine tra due mezzi il cui indice di rifrazione è $ (n_1, n_2) $, la sua velocità cambia $ (v_1 = \ frac {c} {n_1}; v_2 = \ frac {c} {n_2}) $, la sua frequenza non cambia perché è fissata dall'emettitore, quindi la sua lunghezza d'onda cambia: $ \ lambda_1 = \ frac {v_1} {f}; \ lambda_2 = \ frac {v_2} {f} $. Ora, è un fatto sperimentale che la rifrazione non influisce sul colore, quindi si può concludere che il colore dipende dalla frequenza.

Come si trova il "fatto sperimentale" che "la rifrazione non cambia colore"?
#5
+4
M J
2012-07-27 22:04:40 UTC
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In realtà, c'è qualcosa di importante che mancano tutte queste risposte. Il colore è determinato dalla risposta dell'occhio umano, non dall'energia o dalla frequenza. Per ottenere l'intera gamma ("gamma") di colori, ho bisogno di un mix di luce rossa, verde e blu (da qui i display RGB) e le primarie possono essere tutte frequenze diverse. Cioè, un sistema RGB può avere una frequenza per il rosso, mentre un altro ha una frequenza leggermente diversa per il rosso, l'unico requisito difficile e veloce è che entrambi scelgano quella frequenza da qualche parte nella gamma del rosso. Ma la scelta influisce sulla gamma.

Ora ho detto "occhio umano", ma ovviamente anche altri animali vedono i colori. Le api vedono i colori nell'ultravioletto. Ma ovviamente, non abbiamo idea di come siano loro i colori ultravioletti, solo che li vedono e possono distinguerne le sfumature.

Wikipedia ha molte altre buone informazioni su questo, ma è sparso tra diversi articoli. Probabilmente http://en.wikipedia.org/wiki/Color_theory#Color_abstractions è il miglior punto di partenza. Per qualcosa di molto più approfondito e tecnico, vedere le eccellenti domande frequenti sui colori di Poynton su http://www.poynton.com/ColorFAQ.html

Vero e informativo, ma rimane l'energia (cioè la frequenza) che determina quali foto-recettori sono attivati.
E gli occhi umani non vedono affatto in RGB, gli occhi umani usano un sistema di opposizione a quattro colori che è approssimativamente R / G + Y / B, ma è più complicato di così perché i grafici stimolo-risposta non sono lineari né lo sonopicchi distribuiti uniformemente sullo spettro dei colori visibile.
I sistemi RGB non hanno mai solo "una frequenza" per i suoi primari e l'intera gamma di colori è molto più ampia di qualsiasi gamma RGB.
#6
+4
Ulad Kasach
2015-11-17 22:04:51 UTC
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TL; DR: la frequenza di un'onda luminosa non cambia da media a media mentre la velocità della luce (e quindi la lunghezza d'onda) sì. Conoscendo la frequenza di un'onda EM sai che è colore in qualsiasi mezzo.


Basandosi sulle risposte precedenti, i fatti sono: Il colore è determinato dall'energia dell'onda EM che raggiunge il bulbo oculare. L'energia è definita come $ E = hf $, dove $ h $ è la costante di Planck e $ f $ è la frequenza della luce.

Quindi, il colore di un'onda EM è definito dalla sua frequenza. In altre parole, misurare la frequenza di un'onda EM è sufficiente per identificare il colore della luce o il tipo di onda EM che è. Questo è opposto alla misurazione della lunghezza d'onda, che sarebbe a conoscenza di quale sia l'indice di rifrazione del mezzo in cui è stata misurata la lunghezza d'onda per determinare il colore della luce o il tipo di onda EM l'onda EM.

Nota : Sebbene $ f $ possa essere definito da $ v / l $, dove $ v $ è la velocità di un'onda EM in un mezzo e $ l $ è la lunghezza d'onda in un mezzo, al cambio del mezzo l'unica costante è la frequenza dell'onda.

Un esempio del perché la frequenza è il fattore determinante: quando lanci un mattone rosso in una piscina, la lunghezza d'onda dell'onda EM che trasporta il colore dell'oggetto varia. Se dovessi misurare la lunghezza d'onda che trasporta il colore del mattone, quell'informazione sarebbe inutile o fuorviante per identificare il colore del mattone a meno che tu non conoscessi l'indice di rifrazione (velocità delle onde EM in) del mezzo in cui stavi misurando. D'altra parte, misurare la frequenza dell'onda EM che trasporta il colore del mattone ovunque sarebbe sufficiente per determinare che il colore del mattone è rosso, poiché non cambia indipendentemente dal mezzo in cui si trova l'onda EM.

Da questo, possiamo concludere che il colore che vediamo dipende dalla frequenza dell'onda EM. (L'onda sembra avere una certa lunghezza d'onda a quella velocità dell'onda EM determinata dal mezzo in cui si trova l'onda.)

Non c'è "così" nella tua ultima frase, poiché avresti potuto ugualmente dire "$ E = hc / \ lambda $, quindi ... definito dalla sua lunghezza d'onda."
La velocità dell'onda e la lunghezza d'onda variano entrambe a seconda del mezzo in cui si trova l'onda em - ciò che non varia è la frequenza dell'onda (v / lambda)
Esatto, quindi forse aggiungo che la risposta.
La lunghezza d'onda dell'onda che "vedi" è la lunghezza d'onda della luce nel tuo bulbo oculare e non dipende da quale mezzo (non assorbente) ha attraversato prima di quello.Quindi, anche se sono sicuro che sia la frequenza il fattore importante, il tuo argomento non porta a questa conclusione.
Secondo la risposta di David Z non vediamo una lunghezza d'onda;piuttosto, è l'energia dei fotoni che cadono sui sensori nei nostri occhi che "vediamo" - che è determinata dalla frequenza.
Sì, la sua risposta e la sua giustificazione sono corrette.
Credo di aver capito quello che stavi dicendo e di aver modificato l'esempio per rispecchiarlo.Grazie.
#7
+3
Rob Jeffries
2015-11-18 03:34:05 UTC
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Ecco la mia aggiunta. Molte delle risposte precedenti utilizzano l'argomento errato secondo cui la frequenza è la quantità determinante, sulla base del fatto che lo stesso oggetto visualizzato in diversi media sembra essere dello stesso colore.

Ciò non ha significato, poiché la luce deve viaggiare attraverso l'umore vitreo (con indice di rifrazione 1.33) immediatamente prima di raggiungere la retina. Quindi la luce di una data frequenza raggiungerà anche la retina con esattamente la stessa lunghezza d'onda qualunque sia il mezzo attraverso cui la luce ha viaggiato per arrivarci.

No: la risposta deve essere basata sulla fisiologia dei recettori. Tuttavia, offro un ovvio esperimento a favore della frequenza piuttosto che della lunghezza d'onda. Durante una vitrectomia, l'umore vitreo viene temporaneamente sostituito con altre sostanze, spesso aria o altri gas con un indice di rifrazione completamente diverso. In nessuno dei pochi articoli che ho letto, spesso a beneficio del paziente (ad esempio qui) menziona cambiamenti drastici nella percezione del colore come uno degli effetti collaterali temporanei.

Pertanto Ne deduco che, poiché la frequenza della luce è invariante, ma la sua lunghezza d'onda quando raggiunge la retina potrebbe essere modificata del 30%, deve essere la frequenza a determinare la percezione del colore.

#8
  0
user121330
2017-03-28 21:24:24 UTC
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La luce passa attraverso il bulbo oculare (molto più grande delle lunghezze d'onda della scala dei nanometri della luce visibile) prima di colpire la retina.

$$ \ lambda f = v = \ frac {c} {n} $$

Dove $ \ lambda $ è la lunghezza d'onda, $ f $ è la frequenza, $ v $ è la velocità della luce, $ c $ è la velocità della luce nel vuoto e $ n $ è l'indice di rifrazione.Poiché sia $ c $ che $ n $ sono costanti , esiste una frequenza fissa per ogni data lunghezza d'onda. Anche l'energia di un fotone incidente è fissata, secondo l'equazione di Planck: $ E = hf $ dove $ E $ è energia e $h $ è la costante di Planck.

In questo caso, una misura di $ E $, $ \ lambda $ o $ f $ è una misura di tutti e tre.

#9
-4
Shrini Kulkarni
2014-02-04 23:16:39 UTC
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Penso che sia la lunghezza d'onda. Ma poi lunghezza d'onda e frequenza sono correlate. Le onde più lunghe hanno una frequenza minore e viceversa.

Come suggerito, il colore è un costrutto umano (o animale) senza un significato specifico per l'onda luminosa (radiazione EM)

La frequenza e la lunghezza d'onda sono correlate, ma una cambia tra media (lunghezza d'onda) e l'altra no (frequenza). Il colore è un'esperienza umana, ma è ancora radicato nell'EM, altrimenti la nostra percezione del colore sarebbe completamente arbitraria (ma osserviamo sorgenti che emettono radiazioni simili per avere colori simili).
L'energia dei fotoni è ciò che determina quali pigmenti ottici sono eccitati e l'energia è accoppiata alla frequenza e non alla lunghezza d'onda. La lunghezza d'onda è una funzione del mezzo.
#10
-5
edwineveningfall
2012-02-23 04:06:50 UTC
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A mio avviso sia perché la frequenza determina la categoria principale di radiazione EM come: onde radio, microonde, infrarossi ecc ... All'interno di ogni categoria è possibile accedere ad un preciso range di lunghezze d'onda. Quindi i colori sono tutta la combinazione di frequenza nel range 428 THz - 749 THz e lunghezza d'onda nel range 700 nm - 400 nm.

#11
-5
user77674
2015-04-13 22:09:42 UTC
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La frequenza e la lunghezza d'onda della luce sono inversamente proporzionali a una costante che è la velocità della luce (costante nel vuoto). Entrambi descrivono fondamentalmente lo stesso colore all'interno dello spettro, quando la luce attraversa un mezzo con un indice di rifrazione, la sua velocità cambia e influenza il rapporto tra frequenza e lunghezza d'onda. Ciò che conta davvero è l'energia trasportata dalla luce quando colpisce la retina dell'occhio e le sue cellule nervose sensibili alla luce. Queste cellule vengono stimolate con una certa forza e questo crea uno stimolo che si propaga al cervello per l'interpretazione dello schema dei colori. Un'ulteriore interpretazione della relazione tra lunghezza d'onda e frequenza dovrà incorporare la relatività speciale in cui si trova un osservatore con la luce dell'esterno e / o l'interpretazione quantistica dell'onda come particella di lunghezza d'onda. Ma veramente tutte queste sono solo interpretazioni mentre la vera conoscenza è definita nell'assolutismo. La vera affermazione può essere affermata come "c'è solo l'atomo e tutto il resto se opinione" o in una forma più precisa "c'è solo Dio e tutto il resto se opinione" ...



Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 3.0 con cui è distribuito.
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