stringtranslate.com

Переливчатость

Переливчатость мыльных пузырей

Радужность (также известная как гониохромизм ) — это явление определенных поверхностей, которые постепенно меняют цвет при изменении угла зрения или угла освещения. Радужность вызвана волновой интерференцией света в микроструктурах или тонких пленках . Примеры радужности включают мыльные пузыри , перья , крылья бабочек и перламутр ракушек , а также такие минералы, как опал . Перламутровый эффект — это аналогичный эффект, при котором часть или большая часть отраженного света имеет белый цвет. Термин «перламутровый» используется для описания некоторых лакокрасочных покрытий, обычно в автомобильной промышленности, которые на самом деле создают переливающийся эффект.

Этимология

Слово радужность частично происходит от греческого слова ἶρις îris ( род. ἴριδος íridos ), означающего радугу , и сочетается с латинским суффиксом -escent , означающим «имеющий склонность к». [1] Ирис, в свою очередь, происходит от богини Ириды из греческой мифологии , которая является олицетворением радуги и действовала как посланница богов. Гониохромизм происходит от греческих слов gonia , что означает «угол», и chroma , что означает «цвет».

Механизмы

Топливо на поверхности воды создает тонкую пленку, которая мешает свету, создавая разные цвета. Различные полосы представляют разную толщину пленки. Это явление известно как тонкопленочная интерференция .

Радужность — оптическое явление поверхностей, при которых оттенок меняется в зависимости от угла наблюдения и угла освещения. [2] [3] Это часто вызвано множественными отражениями от двух или более полупрозрачных поверхностей, в которых фазовый сдвиг и интерференция отражений модулируют падающий свет за счет усиления или ослабления некоторых частот больше, чем других. [2] [4] Толщина слоев материала определяет интерференционную картину. Радужность может, например, быть следствием тонкопленочной интерференции , функционального аналога избирательного затухания длины волны, наблюдаемого с помощью интерферометра Фабри-Перо , и ее можно увидеть в масляных пленках на воде и мыльных пузырях. Радужность также встречается у растений, животных и многих других предметов. Диапазон цветов естественных переливающихся объектов может быть узким, например, смещаясь между двумя или тремя цветами при изменении угла обзора, [5] [6]

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

Переливчатость также можно создать с помощью дифракции . Его можно найти в таких предметах, как компакт-диски, DVD-диски, некоторые типы призм или радужное облако . [7] В случае дифракции при изменении угла обзора обычно наблюдается вся радуга цветов. В биологии этот тип переливчатости возникает в результате образования дифракционных решеток на поверхности, таких как длинные ряды клеток в поперечнополосатых мышцах или специализированные брюшные чешуи паука-павлина Maratus robinsoni и M. chrysomelas . [8] Некоторые типы цветочных лепестков также могут создавать дифракционную решетку, но переливы не видны людям и насекомым, посещающим цветы, поскольку дифракционный сигнал маскируется окраской, обусловленной растительными пигментами . [9] [10] [11]

В биологическом (и биомиметическом ) использовании цвета, полученные без использования пигментов или красителей , называются структурной окраской . Микроструктуры, часто многослойные, используются для получения ярких, но иногда непереливающихся цветов: необходимы довольно сложные конструкции, чтобы избежать отражения разных цветов в разных направлениях. [12] Структурная окраска получила общее понимание со времен книги Роберта Гука « Микрография » 1665 года , где Гук правильно заметил, что, поскольку переливчатость пера павлина теряется , когда его погружают в воду, но появляется вновь, когда его возвращают в воду. воздух, пигменты не могут нести ответственность. [13] [14] Позже было обнаружено, что радужность павлина обусловлена ​​сложным фотонным кристаллом . [15]

Перламутровый блеск

Перламутровая раковина черногубой жемчужной устрицы.

Перламутровый эффект — это эффект, связанный с радужностью и имеющий аналогичную причину. Структуры внутри поверхности вызывают отражение света обратно, но в случае перламутра некоторая или большая часть света белая, что придает объекту жемчужный блеск. [16] Искусственные пигменты и краски с переливающимся эффектом часто называют перламутровыми, например, когда они используются для автомобильных красок . [17]

Примеры

Жизнь

Беспозвоночные

Eledone moschata имеет голубоватый перелив, проходящий по телу и щупальцам . [18]

Позвоночные животные

Перья таких птиц, как зимородки , [ 19] райские птицы , [20] колибри , попугаи , скворцы , [21] граклы , утки и павлины [15] переливаются. Боковая линия у неона тетра также переливающаяся. [5] Единственный радужный вид геккона, Cnemaspis kolhapurensis , был идентифицирован в Индии в 2009 году. [22] Tapetum lucidum , присутствующий в глазах многих позвоночных, также имеет радужный цвет. [23] Известно, что радужность присутствует среди доисторических нептичьих и птичьих динозавров, таких как дромеозавриды , энантиорниты и литорнитиды . [24]

Растения

Многие группы растений развили переливчатость как адаптацию к использованию большего количества света в темной среде, например, в нижних ярусах тропических лесов. Листья бегонии павонины из Юго-Восточной Азии , или бегонии павлина, кажутся людям-наблюдателям переливающимися лазурными из-за тонкослоистых фотосинтетических структур каждого листа, называемых иридопластами, которые поглощают и преломляют свет, подобно масляной пленке над водой. Переливы, основанные на нескольких слоях клеток, также обнаружены у плаунов Selaginella и некоторых видов папоротников . [25] [26]

Небиологический

Минералы

метеорологический

Человеческий

Наноцеллюлоза иногда переливается [27] , как и тонкие пленки бензина и некоторых других углеводородов и спиртов , плавающие на воде. [28]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ "Интернет-словарь этимологии" . etymonline.com . Архивировано из оригинала 7 апреля 2014 г.
  2. ^ аб Шринивасарао, Мохан (июль 1999 г.). «Нанооптика в биологическом мире: жуки, бабочки, птицы и мотыльки». Химические обзоры . 99 (7): 1935–1962. дои : 10.1021/cr970080y. ПМИД  11849015.
  3. ^ Киносита, С; Ёсиока, С; Миядзаки, Дж (1 июля 2008 г.). «Физика структурных цветов». Отчеты о прогрессе в физике . 71 (7): 076401. Бибкод : 2008РПФ...71г6401К. дои : 10.1088/0034-4885/71/7/076401. S2CID  53068819.
  4. ^ Медоуз, Мелисса Дж; Батлер, Майкл В.; Морхаус, Натан I; Тейлор, Лиза А; Туми, Мэтью Б; МакГроу, Кевин Дж; Рутовски, Рональд Л. (23 февраля 2009 г.). «Радуга: виды с разных сторон». Журнал интерфейса Королевского общества . 6 (дополнение_2): S107-13. doi :10.1098/rsif.2009.0013.focus. ПМК 2706472 . ПМИД  19336343. 
  5. ^ Аб Йошиока, С.; Мацухана, Б.; Танака, С.; Иноуе, Ю.; Осима, Н.; Киношита, С. (16 июня 2010 г.). «Механизм переменного структурного цвета в неоновой тетра: количественная оценка модели жалюзи». Журнал интерфейса Королевского общества . 8 (54): 56–66. дои : 10.1098/rsif.2010.0253. ПМК 3024824 . ПМИД  20554565. 
  6. ^ Рутовски, РЛ; Македония, JM; Морхаус, Н.; Тейлор-Тафт, Л. (2 сентября 2005 г.). «Птериновые пигменты усиливают радужный ультрафиолетовый сигнал у самцов оранжевой серной бабочки». Труды Королевского общества B: Биологические науки . 272 (1578): 2329–2335. дои :10.1098/rspb.2005.3216. ПМК 1560183 . ПМИД  16191648. 
  7. ^ Акерман, Стивен А.; Нокс, Джон А. (2013). Метеорология: понимание атмосферы . Джонс и Бартлетт Обучение. стр. 173–175. ISBN 978-1-284-03080-8.
  8. ^ Сюн, Бор-Кай; Сиддик, Радванул Хасан; Ставенга, Дукеле Г.; Отто, Юрген К.; Аллен, Майкл С.; Лю, Ин; Лу, Юн-Фэн; Дехейн, Дмитрий Д.; Шоки, Мэтью Д.; Блэкледж, Тодд А. (22 декабря 2017 г.). «Радужные пауки-павлины вдохновляют на создание миниатюрной сверхпереливающейся оптики». Природные коммуникации . 8 (1): 2278. Бибкод : 2017NatCo...8.2278H. дои : 10.1038/s41467-017-02451-x. ПМЦ 5741626 . ПМИД  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 Коой, 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 Коой, Каспер Дж.; Дайер, Адриан Г.; Ставенга, Дукеле Г. (январь 2015 г.). «Является ли переливчатость цветов биологически значимым сигналом передачи сигналов растение-опылитель?». Новый фитолог . 205 (1): 18–20. дои : 10.1111/nph.13066 . ПМИД  25243861.
  12. ^ Сюн, Бор-Кай; Сиддик, Радванул Хасан; Цзян, Лицзя; Лю, Ин; Лу, Юнфэн; Шоки, Мэтью Д.; Блэкледж, Тодд А. (январь 2017 г.). «Нерадужная фотоника с дальним порядком в стиле тарантула». Передовые оптические материалы . 5 (2): 1600599. doi :10.1002/adom.201600599. S2CID  100181186.
  13. ^ Гук, Роберт. Микрография. Глава 36 («Наблюдение XXXVI. О павлинах, утках и других перьях изменчивой окраски »).
  14. ↑ Болл, Филип (17 апреля 2012 г.). «Цветовые хитрости природы». Научный американец . 306 (5): 74–79. Бибкод : 2012SciAm.306e..74B. doi : 10.1038/scientificamerican0512-74. ПМИД  22550931.
  15. ^ Аб Цзы, Цзянь; Ю, Зинди; Ли, Ичжоу; Ху, Синьхуа; Сюй, Чунь; Ван, Синцзюнь; Лю, Сяохань; Фу, Жунтан (28 октября 2003 г.). «Стратегии окраски перьев павлина». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 100 (22): 12576–12578. Бибкод : 2003PNAS..10012576Z. дои : 10.1073/pnas.2133313100 . ПМК 240659 . ПМИД  14557541. 
  16. ^ Рут Джонстон-Феллер (2001). Цветоведение при исследовании музейных предметов: неразрушающие методы. Публикации Гетти. стр. 169–. ISBN 978-0-89236-586-9.
  17. ^ Руководство по испытаниям красок и покрытий. АСТМ Интернешнл. стр. 229–. GGKEY:7W7C2G88G2J.
  18. ^ Мацца, Джузеппе (7 августа 2008 г.). «Эледоне моската». Энциклопедия природы Монако . Проверено 7 февраля 2023 г.
  19. ^ Ставенга, Д.Г.; Тинберген, Дж.; Леертауэр, Х.Л.; Уилтс, Б.Д. (9 ноября 2011 г.). «Перья зимородка – окраска пигментами, губчатыми наноструктурами и тонкими пленками». Журнал экспериментальной биологии . 214 (23): 3960–3967. дои : 10.1242/jeb.062620 . ПМИД  22071186.
  20. ^ Ставенга, Дукеле Г.; Леертауэр, Хейн Л.; Маршалл, Н. Джастин; Осорио, Дэниел (15 декабря 2010 г.). «Драматические изменения цвета райской птицы, вызванные уникальной структурой бородочек перьев на груди». Труды Королевского общества B: Биологические науки . 278 (1715): 2098–2104. дои :10.1098/rspb.2010.2293. ПМК 3107630 . ПМИД  21159676. 
  21. ^ Катхилл, IC; Беннетт, АТД; Партридж, Дж. К.; Майер, Э.Дж. (февраль 1999 г.). «Отражение оперения и объективная оценка полового дихроматизма птиц». Американский натуралист . 153 (2): 183–200. дои : 10.1086/303160. JSTOR  303160. PMID  29578758. S2CID  4386607.
  22. ^ «Новые виды ящериц обнаружены в Индии» . Би-би-си онлайн . 24 июля 2009 года . Проверено 20 февраля 2014 г.
  23. ^ Энгелькинг, Ларри (2002). Обзор ветеринарной физиологии . Тетон НьюМедиа. п. 90. ИСБН 978-1-893441-69-9.
  24. ^ Элиасон, Чад М.; Кларк, Джулия А. (13 мая 2020 г.). «Казуарный блеск и новая форма структурной окраски птиц». Достижения науки . 6 (20): eaba0187. Бибкод : 2020SciA....6..187E. doi : 10.1126/sciadv.aba0187. ПМК 7220335 . ПМИД  32426504. 
  25. ^ Гловер, Беверли Дж.; Уитни, Хизер М. (апрель 2010 г.). «Структурная окраска и радужность растений: малоизученные взаимоотношения окраски пигментов». Анналы ботаники . 105 (4): 505–511. doi : 10.1093/aob/mcq007. ПМЦ 2850791 . ПМИД  20142263. 
  26. ^ Грэм, Рита М.; Ли, Дэвид В.; Норстог, Кнут (1993). «Физическая и ультраструктурная основа радужности голубых листьев двух неотропических папоротников». Американский журнал ботаники . 80 (2): 198–203. дои : 10.2307/2445040. JSTOR  2445040.
  27. ^ Пикард, Г.; Саймон, Д.; Кадири, Ю.; ЛеБрё, доктор юридических наук; Гозаэль, Ф. (3 октября 2012 г.). «Переливчатость нанокристаллов целлюлозы: новая модель». Ленгмюр . 28 (41): 14799–14807. дои : 10.1021/la302982s. ПМИД  22988816.
  28. ^ Зитцевиц, Пол В. (2011). Удобный сборник ответов по физике. Видимый чернильный пресс. п. 215. ИСБН 978-1-57859-357-6.

Внешние ссылки

Викискладе есть медиафайлы, связанные с радужностью.