stringtranslate.com

Иризация

Переливы в мыльных пузырях

Иризация (также известная как гониохромизм ) — это явление, при котором некоторые поверхности постепенно меняют цвет при изменении угла зрения или угла освещения. Иризация вызывается интерференцией волн света в микроструктурах или тонких пленках . Примерами иризации являются мыльные пузыри , перья , крылья бабочек и перламутр морских ракушек , а также минералы, такие как опал . Перламутровый эффект — это родственный эффект, при котором часть или большая часть отраженного света является белой. Термин «перламутровый» используется для описания определенных лакокрасочных покрытий, обычно в автомобильной промышленности, которые на самом деле создают радужные эффекты.

Этимология

Слово «иризация» частично происходит от греческого слова ἶρις îris ( род. ἴριδος íridos ), что означает радуга , и сочетается с латинским суффиксом -escent , что означает «имеющий тенденцию к». [1] В свою очередь, Iris происходит от богини Ириды из греческой мифологии , которая является олицетворением радуги и выступала в качестве посланницы богов. Гониохромизм происходит от греческих слов gonia , что означает «угол», и chroma , что означает «цвет».

Механизмы

Топливо на поверхности воды создает тонкую пленку, которая интерферирует со светом, производя разные цвета. Разные полосы представляют разную толщину пленки. Это явление известно как тонкопленочная интерференция .

Иризация — оптическое явление поверхностей, при котором оттенок изменяется в зависимости от угла наблюдения и угла освещения. [2] [3] Часто она вызывается многократными отражениями от двух или более полупрозрачных поверхностей, при которых сдвиг фаз и интерференция отражений модулируют падающий свет , усиливая или ослабляя некоторые частоты больше, чем другие. [2] [4] Толщина слоев материала определяет интерференционную картину. Иризация может быть, например, вызвана тонкопленочной интерференцией , функциональным аналогом селективного ослабления длины волны, как это видно с помощью интерферометра Фабри-Перо , и может наблюдаться в масляных пленках на воде и мыльных пузырях. Иризация также встречается у растений, животных и многих других предметов. Диапазон цветов естественных иридированных объектов может быть узким, например, меняясь между двумя или тремя цветами при изменении угла наблюдения, [5] [6]

Радужная биопленка на поверхности аквариума преломляет отраженный свет, отображая весь спектр цветов. Красный цвет виден под более длинными углами падения, чем синий.

Иризация также может быть создана дифракцией . Это встречается в таких предметах, как CD, DVD, некоторые типы призм или облачная иризация . [7] В случае дифракции вся радуга цветов обычно будет наблюдаться при изменении угла обзора. В биологии этот тип иризации является результатом образования дифракционных решеток на поверхности, таких как длинные ряды клеток в поперечно-полосатых мышцах или специализированные брюшные чешуйки павлиньего паука Maratus robinsoni и M. chrysomelas . [8] Некоторые типы цветочных лепестков также могут создавать дифракционную решетку, но иризация не видна людям и насекомым, посещающим цветы, поскольку дифракционный сигнал маскируется окраской, обусловленной растительными пигментами . [9] [10] [11]

В биологическом (и биомиметическом ) применении цвета, полученные не с помощью пигментов или красителей, называются структурной окраской . Микроструктуры, часто многослойные, используются для получения ярких, но иногда не радужных цветов: требуются довольно сложные механизмы, чтобы избежать отражения разных цветов в разных направлениях. [12] Структурная окраска была понята в общих чертах со времен книги Роберта Гука «Микрография» 1665 года , где Гук правильно заметил, что поскольку радужность пера павлина терялась, когда его погружали в воду, но появлялась снова, когда его возвращали на воздух, пигменты не могли быть ответственны за это. [13] [14] Позднее было обнаружено, что радужность у павлина обусловлена ​​сложным фотонным кристаллом . [15]

Перламутровый

Перламутровая раковина устрицы с черной губой

Перламутровый эффект — это эффект, связанный с радужностью, и имеет схожую причину. Структуры внутри поверхности заставляют свет отражаться обратно, но в случае перламутрового эффекта часть или большая часть света является белой, что придает объекту перламутровый блеск. [16] Искусственные пигменты и краски, демонстрирующие радужность, часто описываются как перламутровые, например, когда используются для автомобильных красок . [17]

Примеры

Жизнь

Беспозвоночные

У Eledone moschata по всему телу и щупальцам проходит голубоватая радужная окраска . [18]

Позвоночные

Перья таких птиц, как зимородки , [19] райские птицы , [20] колибри , попугаи , скворцы , [21] гракли , утки и павлины [15] являются радужными. Боковая линия у неона также является радужной. [5] Единственный радужноцветный вид геккона, Cnemaspis kolhapurensis , был обнаружен в Индии в 2009 году. [22] Tapetum lucidum , присутствующий в глазах многих позвоночных, также является радужным. [23] Известно, что радужность присутствует среди доисторических нептичьих и птичьих динозавров, таких как дромеозавриды , энантиорнисы и литорнитиды . [24] Мышечные ткани могут демонстрировать радужность. [25]

Растения

Многие группы растений развили иризацию как адаптацию к использованию большего количества света в темных условиях, таких как нижние уровни тропических лесов. Листья Begonia pavonina из Юго-Восточной Азии , или павлиньей бегонии, кажутся наблюдателям радужно-голубыми из-за тонкослойных фотосинтетических структур каждого листа, называемых иридопластами, которые поглощают и преломляют свет подобно пленке масла на воде. Иризация, основанная на нескольких слоях клеток, также обнаружена у ликофита Selaginella и нескольких видов папоротников . [26] [27]

Небиологический

Минералы

Метеорологический

Сделано человеком

Наноцеллюлоза иногда переливается, [28] как и тонкие пленки бензина и некоторых других углеводородов и спиртов , плавающие на воде. [29]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ "Онлайн-этимологический словарь". etymonline.com . Архивировано из оригинала 2014-04-07.
  2. ^ ab Шринивасарао, Мохан (июль 1999 г.). «Нанооптика в биологическом мире: жуки, бабочки, птицы и моли». Chemical Reviews . 99 (7): 1935–1962. doi :10.1021/cr970080y. PMID  11849015.
  3. ^ Киносита, С; Ёсиока, С; Миядзаки, Дж (1 июля 2008 г.). «Физика структурных цветов». Reports on Progress in Physics . 71 (7): 076401. Bibcode :2008RPPh...71g6401K. doi :10.1088/0034-4885/71/7/076401. S2CID  53068819.
  4. ^ Meadows, Melissa G; Butler, Michael W; Morehouse, Nathan I; Taylor, Lisa A; Toomey, Matthew B; McGraw, Kevin J; Rutowski, Ronald L (23 февраля 2009 г.). "Iridescence: views from many angles". Journal of the Royal Society Interface . 6 (suppl_2): S107-13. doi :10.1098/rsif.2009.0013.focus. PMC 2706472. PMID 19336343  . 
  5. ^ ab Yoshioka, S.; Matsuhana, B.; Tanaka, S.; Inouye, Y.; Oshima, N.; Kinoshita, S. (16 июня 2010 г.). «Механизм переменного структурного цвета у неоновой тетра: количественная оценка модели венецианских жалюзи». Journal of the Royal Society Interface . 8 (54): 56–66. doi :10.1098/rsif.2010.0253. PMC 3024824. PMID  20554565 . 
  6. ^ Рутовски, Р. Л.; Македония, Дж. М.; Морхаус, Н.; Тейлор-Тафт, Л. (2 сентября 2005 г.). «Пигменты птерина усиливают радужный ультрафиолетовый сигнал у самцов оранжевой серной бабочки». Труды Королевского общества B: Биологические науки . 272 ​​(1578): 2329–2335. doi :10.1098/rspb.2005.3216. PMC 1560183. PMID  16191648 . 
  7. ^ Акерман, Стивен А.; Нокс, Джон А. (2013). Метеорология: понимание атмосферы . Jones & Bartlett Learning. стр. 173–175. ISBN 978-1-284-03080-8.
  8. ^ Hsiung, Bor-Kai; Siddique, Radwanul Hasan; Stavenga, Doekele G.; Otto, Jürgen C.; Allen, Michael C.; Liu, Ying; Lu, Yong-Feng; Deheyn, Dimitri D.; Shawkey, Matthew D.; Blackledge, Todd A. (22 декабря 2017 г.). «Радужные павлиньи пауки вдохновляют на создание миниатюрной супер-иридицентной оптики». Nature Communications . 8 (1): 2278. Bibcode :2017NatCo...8.2278H. doi :10.1038/s41467-017-02451-x. PMC 5741626 . PMID  29273708. 
  9. ^ Ли, Дэвид (2007). Палитра природы: наука о цвете растений . Издательство Чикагского университета. ISBN 978-0-226-47052-8.[ нужна страница ]
  10. ^ ван дер Кои, Каспер Дж.; Уилтс, Бодо Д.; Леертауэр, Хейн Л.; Стаал, Мартен; Эльзенга, Дж. Тео М.; Ставенга, Дукеле Г. (июль 2014 г.). «Радужные цветы? Вклад поверхностных структур в оптическую передачу сигналов» (PDF) . Новый фитолог . 203 (2): 667–673. дои : 10.1111/nph.12808 . ПМИД  24713039.
  11. ^ Ван дер Кои, Каспер Дж.; Дайер, Адриан Г.; Ставенга, Докеле Г. (январь 2015 г.). «Является ли цветочная переливчатость биологически значимым сигналом в сигнализации между растениями и опылителями?». New Phytologist . 205 (1): 18–20. doi : 10.1111/nph.13066 . PMID  25243861.
  12. ^ Hsiung, Bor-Kai; Siddique, Radwanul Hasan; Jiang, Lijia; Liu, Ying; Lu, Yongfeng; Shawkey, Matthew D.; Blackledge, Todd A. (январь 2017 г.). "Вдохновленная тарантулами неиридиевая фотоника с дальним порядком". Advanced Optical Materials . 5 (2): 1600599. doi :10.1002/adom.201600599. S2CID  100181186.
  13. ↑ Гук, Роберт. Микрография. Глава 36 ('Замечание. XXXVI. О павлинах, утках и других перьях изменчивой окраски .')
  14. ↑ Болл, Филипп (17 апреля 2012 г.). «Цветовые трюки природы». Scientific American . 306 (5): 74–79. Bibcode : 2012SciAm.306e..74B. doi : 10.1038/scientificamerican0512-74 (неактивен 2024-09-17). PMID  22550931.{{cite journal}}: CS1 maint: DOI неактивен по состоянию на сентябрь 2024 г. ( ссылка )
  15. ^ ab Zi, Jian; Yu, Xindi; Li, Yizhou; Hu, Xinhua; Xu, Chun; Wang, Xingjun; Liu, Xiaohan; Fu, Rongtang (28 октября 2003 г.). «Стратегии окраски павлиньих перьев». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 100 (22): 12576–12578. Bibcode : 2003PNAS..10012576Z. doi : 10.1073 /pnas.2133313100 . PMC 240659. PMID  14557541. 
  16. ^ Рут Джонстон-Феллер (2001). Наука о цвете в экспертизе музейных предметов: неразрушающие процедуры. Getty Publications. С. 169–. ISBN 978-0-89236-586-9.
  17. ^ Руководство по испытаниям лакокрасочных материалов и покрытий. ASTM International. С. 229–. GGKEY:7W7C2G88G2J.
  18. ^ Мацца, Джузеппе (2008-08-07). "Eledone moschata". Энциклопедия природы Монако . Получено 2023-02-07 .
  19. ^ Stavenga, DG; Tinbergen, J.; Leertouwer, HL; Wilts, BD (9 ноября 2011 г.). «Перья зимородка – окраска пигментами, губчатыми наноструктурами и тонкими пленками». Журнал экспериментальной биологии . 214 (23): 3960–3967. doi : 10.1242/jeb.062620 . PMID  22071186.
  20. ^ Stavenga, Doekele G.; Leertouwer, Hein L.; Marshall, N. Justin; Osorio, Daniel (15 декабря 2010 г.). «Драматические изменения цвета у райской птицы, вызванные уникально структурированными бородками перьев груди». Труды Королевского общества B: Биологические науки . 278 (1715): 2098–2104. doi :10.1098/rspb.2010.2293. PMC 3107630. PMID  21159676 . 
  21. ^ Катхилл, IC; Беннетт, ATD; Партридж, JC; Майер, EJ (февраль 1999 г.). «Отражение оперения и объективная оценка полового дихроматизма у птиц». The American Naturalist . 153 (2): 183–200. doi :10.1086/303160. JSTOR  303160. PMID  29578758. S2CID  4386607.
  22. ^ "В Индии обнаружен новый вид ящериц". BBC Online . 24 июля 2009 г. Получено 20 февраля 2014 г.
  23. ^ Энгелькинг, Ларри (2002). Обзор ветеринарной физиологии . Teton NewMedia. стр. 90. ISBN 978-1-893441-69-9.
  24. ^ Элиасон, Чад М.; Кларк, Джулия А. (13 мая 2020 г.). «Блеск казуара и новая форма структурной окраски у птиц». Science Advances . 6 (20): eaba0187. Bibcode : 2020SciA....6..187E. doi : 10.1126/sciadv.aba0187. PMC 7220335. PMID  32426504 . 
  25. ^ Мартинес-Уртадо, Хуан; Акрам, Мухаммад; Йетисен, Али (11.11.2013). «Иридиция в мясе, вызванная поверхностными решетками». Foods . 2 (4): 499–506. doi : 10.3390/foods2040499 . PMID  28239133.
  26. ^ Гловер, Беверли Дж.; Уитни, Хизер М. (апрель 2010 г.). «Структурный цвет и переливчатость у растений: плохо изученные связи пигментного цвета». Annals of Botany . 105 (4): 505–511. doi :10.1093/aob/mcq007. PMC 2850791. PMID  20142263 . 
  27. ^ Грэм, Рита М.; Ли, Дэвид В.; Норстог, Кнут (1993). «Физическая и ультраструктурная основа голубой переливчатости листьев двух неотропических папоротников». Американский журнал ботаники . 80 (2): 198–203. doi :10.2307/2445040. JSTOR  2445040.
  28. ^ Пикард, Г.; Саймон, Д.; Кадири, И.; Лебре, Дж. Д.; Гозаэль, Ф. (3 октября 2012 г.). «Иридизация нанокристаллов целлюлозы: новая модель». Langmuir . 28 (41): 14799–14807. doi :10.1021/la302982s. PMID  22988816.
  29. ^ Zitzewitz, Paul W (2011). The Handy Physics Answer Book. Visible Ink Press. стр. 215. ISBN 978-1-57859-357-6.

Внешние ссылки

На Викискладе есть медиафайлы по теме «Иризация».