Радужность (также известная как гониохромизм ) - это явление определенных поверхностей, которые постепенно меняют цвет при изменении угла обзора или угла освещения. Примеры радужной окраски включают мыльные пузыри , перья , крылья бабочек и перламутр из морских ракушек , а также некоторые минералы. Это часто создается структурной окраской (микроструктуры, которые мешают свету).
Перламутровое свечение - это связанный эффект, при котором часть или весь отраженный свет является белым, а перламутровые эффекты производят только другие цвета. Термин «перламутровый» используется для описания некоторых лакокрасочных покрытий, обычно в автомобильной промышленности, которые на самом деле создают переливающиеся эффекты.
Этимология [ править ]
Слово « радужность» частично образовано от греческого слова ἶρις îris ( род. Ἴριδος íridos ), означающего радуга , и сочетается с латинским суффиксом -escent , что означает «склонность к». [1] Ирис, в свою очередь, происходит от богини Ирис из греческой мифологии , которая является олицетворением радуги и выступала в роли посланницы богов. Гониохромизм происходит от греческих слов gonia , что означает «угол», и chroma , что означает «цвет».
Механизмы [ править ]
Радужность - это оптическое явление поверхностей, оттенок которого изменяется 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 (путем усиления или ослабления одних частот больше, чем других). [2] [4] Толщина слоев материала определяет интерференционную картину. Радужность может быть, например, из -за интерференции тонкой пленки., функциональный аналог селективного затухания на длине волны, наблюдаемый с помощью интерферометра Фабри – Перо , и его 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, переход между двумя или тремя цветами при изменении угла обзора [5] [6]
Радужность также можно создать с помощью дифракции . Это можно найти в таких предметах, как компакт-диски, DVD, некоторые типы призм или облачность . [7] В случае дифракции вся радуга цветов обычно будет наблюдаться при изменении угла обзора. В биологии этот тип радужки возникает в результате образования дифракционных решеток на поверхности, таких как длинные ряды клеток в поперечно-полосатых мышцах или специализированных брюшных чешуек паука-павлина Maratus robinsoni и M. chrysomelas . [8]Некоторые типы лепестков цветов также могут образовывать дифракционную решетку, но радужная оболочка не видна людям и насекомым, посещающим цветы, поскольку дифракционный сигнал маскируется окраской из-за растительных пигментов . [9] [10] [11]
В биологических (и биомиметических ) применениях цвета, полученные не с помощью пигментов или красителей , называются структурной окраской . Микроструктуры, часто многослойные, используются для получения ярких, но иногда не переливающихся цветов: необходимы довольно сложные механизмы, чтобы избежать отражения разных цветов в разных направлениях. [12] Структурная окраска была понята в общих чертах с момента выхода книги Роберта Гука « Микрография» 1665 года , где Гук правильно заметил, что, поскольку перо павлина терялось, когда перо было погружено в воду, но снова появлялось, когда оно возвращалось в воду. воздух, пигменты не может быть ответственным.[13] [14] Позже было обнаружено, что радужная оболочка павлина возникает из-за сложного фотонного кристалла . [15]
Перламутровый [ править ]
Перламутровое сияние - это эффект, связанный с переливами и имеющий аналогичную причину. Структуры внутри поверхности заставляют свет отражаться обратно, но в случае перламутрового эффекта часть или весь свет становится белым. [16] Искусственные пигменты и краски, демонстрирующие переливающийся эффект, часто называют перламутровым, например, когда они используются для автомобильных красок . [17]
Примеры [ править ]
Жизнь [ править ]
Членистоногие и моллюски [ править ]
Радужный экзоскелет золотистого жука-оленя
Структурно окрашенные крылья Морфо дидиуса
Внутренняя поверхность ириса Haliotis , раковина пауа
Структурно окрашенные крылья тахинидной мухи
Хордовые [ править ]
Эти перья птиц , такие как зимородки , [18] птиц-оф-рай , [19] колибри , попугаи , скворцы , [20] grackles , утки и павлины [15] являются радужные. Боковая линия на неоновой тетре тоже радужная. [5] единые радужные виды гекконов, Cnemaspis kolhapurensis , были идентифицированы в Индии в 2009 году [21] The тапетум , присутствует в глазах многих позвоночных, также радужный.[22] Известно, что радужность присутствует среди вымерших литорнитид . [23]
И тело, и шлейф павлина переливаются
сома
Радужный удав
Никобарский голубь
Растения [ править ]
Многие группы растений развили радужную окраску как приспособление к использованию большего количества света в темноте, например, в нижних слоях тропических лесов. Листья Begonia pavonina в Юго-Восточной Азии , или бегонии павлиньих, кажутся человеческим наблюдателям радужно-лазурными из-за тонкослойных фотосинтетических структур каждого листа, называемых иридопластами, которые поглощают и изгибают свет так же, как масляная пленка над водой. Радужные оболочки, основанные на нескольких слоях клеток, также встречаются у ликофита Selaginella и некоторых видов папоротников . [24] [25]
Мясо [ править ]
Радужность в мясе, вызванная дифракцией света на открытых мышечных клетках [26]
Минералы и соединения [ править ]
Висмут кристалл с тонким слоем радужного оксида висмута , с беловато-серебром висмута куба для сравнения
Гетит , оксид-гидроксид железа (III) , из округа Полк, штат Арканзас.
Полированный лабрадорит
Моторное масло разлив
Переливчатость облаков
Искусственные объекты [ править ]
Перламутровая окраска автомобиля Toyota Supra
Игровая поверхность компакт-диска
Радужный лак для ногтей с блестками
Смартфон с переливающейся задней панелью
Наноцеллюлоза иногда бывает радужной [27], как и тонкие пленки бензина и некоторых других углеводородов и спиртов при плавании на воде. [28]
Для создания украшений из хрусталя, которое позволяет свету преломляться в радужном спектре, Swarovski покрывает некоторые из своих изделий специальными металлическими химическими покрытиями. Например, его Aurora Borealis придает поверхности вид радуги. [ необходима цитата ] В оптически изменяемых чернилах используется тонко измельченный переливающийся блеск.
См. Также [ править ]
- Анизотропия
- Биолюминесценция независимо от угла
- Дихроичный фильтр
- Дихроизм
- Иридоцит
- Лабрадоресценция (Adularescence)
- Цвет металлик
- Опалесценция
- Структурный цвет
- Тонкопленочная оптика
- Перламутр
- Опал
Ссылки [ править ]
- ^ "Интернет-словарь этимологии" . etymonline.com . Архивировано 07 апреля 2014 года.
- ^ a b Шринивасарао, Мохан (июль 1999 г.). «Нанооптика в биологическом мире: жуки, бабочки, птицы и мотыльки». Химические обзоры . 99 (7): 1935–1962. DOI : 10.1021 / cr970080y . PMID 11849015 .
- ^ Киношита, S; Йошиока, S; Миядзаки, Дж. (1 июля 2008 г.). «Физика структурных красок». Отчеты о достижениях физики . 71 (7): 076401. Bibcode : 2008RPPh ... 71g6401K . DOI : 10.1088 / 0034-4885 / 71/7/076401 . S2CID 53068819 .
- ↑ Meadows, Melissa G; Батлер, Майкл В; Морхаус, Натан I; Тейлор, Лиза А; Туми, Мэтью Б; Макгроу, Кевин Дж; Рутовски, Рональд Л. (23 февраля 2009 г.). «Радужность: взгляды со многих сторон» . Журнал Интерфейса Королевского общества . 6 (Suppl_2): S107-13. DOI : 10,1098 / rsif.2009.0013.focus . PMC 2706472 . PMID 19336343 .
- ^ a b Йошиока, S .; Мацухана, Б .; Tanaka, S .; Inouye, Y .; Oshima, N .; Киношита, С. (16 июня 2010 г.). «Механизм переменной структурной окраски в неоновой тетре: количественная оценка модели жалюзи» . Журнал Интерфейса Королевского общества . 8 (54): 56–66. DOI : 10,1098 / rsif.2010.0253 . PMC 3024824 . PMID 20554565 .
- ^ Рутовски, RL; Македония, JM; Morehouse, N; 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. DOI : 10.1098 / rspb.2005.3216 . PMC 1560183 . PMID 16191648 .
- ^ Акерман, Стивен А .; Нокс, Джон А. (2013). Метеорология: понимание атмосферы . Джонс и Бартлетт Обучение. С. 173–175. ISBN 978-1-284-03080-8.
- ^ Хун, Бор-Кая; Сиддик, Радванул Хасан; Stavenga, Doekele G .; Отто, Юрген Ц .; Аллен, Майкл С .; Лю, Инь; Лу, Юн-Фэн; Deheyn, Dimitri D .; Шоуки, Мэтью Д.; Блэкледж, Тодд А. (22 декабря 2017 г.). «Радужные пауки-павлины вдохновляют миниатюрную супер-радужную оптику» . Nature Communications . 8 (1): 2278. Bibcode : 2017NatCo ... 8.2278H . DOI : 10.1038 / s41467-017-02451-х . PMC 5741626 . PMID 29273708 .
- ^ Ли, Дэвид (2007). Палитра природы: наука о цвете растений . Издательство Чикагского университета. ISBN 978-0-226-47052-8.[ требуется страница ]
- ^ van der Kooi, Casper J .; Wilts, Bodo D .; Leertouwer, Hein L .; Стааль, Мартен; Эльзенга, Дж. Тео М .; Ставенга, Докеле Г. (июль 2014 г.). «Радужные цветы? Вклад поверхностных структур в оптическую сигнализацию» (PDF) . Новый фитолог . 203 (2): 667–673. DOI : 10.1111 / nph.12808 . PMID 24713039 .
- ^ van der Kooi, Casper J .; Дайер, Адриан Дж .; Ставенга, Докеле Г. (январь 2015 г.). «Является ли цветочная радужность биологически значимым сигналом в передаче сигналов растения-опылителя?» . Новый фитолог . 205 (1): 18–20. DOI : 10.1111 / nph.13066 . PMID 25243861 .
- ^ Хун, Бор-Кая; Сиддик, Радванул Хасан; Цзян, Лицзя; Лю, Инь; Лу, Юнфэн; Шоуки, Мэтью Д.; Блэкледж, Тодд А. (январь 2017 г.). «Вдохновленная тарантулами не светящаяся фотоника с дальним порядком» . Современные оптические материалы . 5 (2): 1600599. DOI : 10.1002 / adom.201600599 .
- ↑ Гук, Роберт. Микрография. Глава 36 («Наблюдение за павлинами, утками и другими перьями изменчивой окраски. XXXVI.»)
- ↑ Болл, Филипп (17 апреля 2012 г.). «Цветовые трюки природы». Scientific American . 306 (5): 74–79. Bibcode : 2012SciAm.306e..74B . DOI : 10.1038 / Scientificamerican0512-74 . PMID 22550931 .
- ^ а б Цзы, Цзянь; Ю, Синди; Ли, Ичжоу; Ху, Синьхуа; Сюй, Чун; Ван, Синцзюнь; Лю, Сяохань; Фу, Ронгтанг (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 .
- ↑ Рут Джонстон-Феллер (2001). Цветоведение в исследовании музейных предметов: неразрушающие процедуры . Публикации Getty. С. 169–. ISBN 978-0-89236-586-9.
- ^ Руководство по испытаниям красок и покрытий . ASTM International. С. 229–. GGKEY: 7W7C2G88G2J.
- ^ Stavenga, DG; Tinbergen, J .; Leertouwer, HL; Уилтс, Б.Д. (9 ноября 2011 г.). «Перья зимородка - окраска пигментами, губчатые наноструктуры и тонкие пленки» . Журнал экспериментальной биологии . 214 (23): 3960–3967. DOI : 10,1242 / jeb.062620 . PMID 22071186 .
- ^ Stavenga, Doekele G .; Leertouwer, Hein L .; Маршалл, Н. Джастин; Осорио, Даниэль (15 декабря 2010 г.). «Резкое изменение цвета райской птицы из-за уникальной структуры бородок грудных перьев» . Труды Королевского общества B: биологические науки . 278 (1715): 2098–2104. DOI : 10.1098 / rspb.2010.2293 . PMC 3107630 . PMID 21159676 .
- ^ Cuthill, IC; Беннетт, ATD; Партридж, JC; Майер, EJ (февраль 1999 г.). "Отражение оперения и объективная оценка птичьего полового дихроматизма". Американский натуралист . 153 (2): 183–200. DOI : 10.1086 / 303160 . JSTOR 303160 . PMID 29578758 . S2CID 4386607 .
- ^ «Новые виды ящериц, найденные в Индии» . BBC Online . 24 июля 2009 . Проверено 20 февраля 2014 года .
- ^ Энгелькинг Ларри (2002). Обзор ветеринарной физиологии . Тетон НьюМедиа. п. 90. ISBN 978-1-893441-69-9.
- ^ Элиасон, Чад М .; Кларк, Джулия А. (13 мая 2020 г.). «Казуарный блеск и новая форма структурной окраски птиц» . Наука продвигается . 6 (20): eaba0187. DOI : 10.1126 / sciadv.aba0187 . PMC 7220335 . PMID 32426504 .
- ^ Гловер, Беверли Дж .; Уитни, Хизер М. (апрель 2010 г.). «Структурная окраска и переливчатость растений: малоизученные отношения цвета пигмента» . Летопись ботаники . 105 (4): 505–511. DOI : 10.1093 / Aob / mcq007 . PMC 2850791 . PMID 20142263 .
- ^ Грэм, Рита М .; Ли, Дэвид В .; Норстог, Кнут (1993). «Физические и ультраструктурные основы радужной оболочки синих листьев в двух неотропических папоротниках». Американский журнал ботаники . 80 (2): 198–203. DOI : 10.2307 / 2445040 . JSTOR 2445040 .
- ↑ Мартинес-Уртадо, Хуан; Акрам, Мухаммад; Йетисен, Али (11 ноября 2013 г.). «Радужность мяса, вызванная поверхностными решетками» . Еда . 2 (4): 499–506. DOI : 10.3390 / foods2040499 . PMC 5302279 . PMID 28239133 .
- ^ Пикард, G .; Саймон, Д .; Kadiri, Y .; LeBreux, JD; Гозаел Ф. (3 октября 2012 г.). «Радужность нанокристаллов целлюлозы: новая модель». Ленгмюра . 28 (41): 14799–14807. DOI : 10.1021 / la302982s . PMID 22988816 .
- ^ Цитцевиц, Paul W (2011). Удобная книга ответов по физике . Visible Ink Press. п. 215. ISBN 978-1-57859-357-6.
Внешние ссылки [ править ]
Викискладе есть медиафайлы по теме радужности . |
- GIF-анимация морфо-бабочки размером 2,2 МБ с переливчатым оттенком.
- «Статья о радужных цветах бабочек». Архивировано 7 ноября 2015 г. в Wayback Machine.