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光ってなんだろう?(光と色の話 第1回) [光と色の話]

色とりどりの鉱物達、その発色原因をどうお話したら良いのか、ずーっと考えていましたが、これが結構難しい・・・。或いは、カラーチェンジする鉱物や蛍光する鉱物の説明をする際、上っ面の説明は出来るのですが、あまり専門的な話になっても面白く無いし、と試行錯誤しておりました。

結局問題が何処にあるのかを考えると、『そもそも色って何だ?』という事が、一般的には認知されていない事では無いでしょうか?これが、問題を複雑にしていると思うんです。光って何だろう?色って何?という結構身近な問題、意外と奥が深いんですよ。

でも、これって簡単に説明出来る話じゃない。だから毎回簡単にお話させて頂いている程度の字数にまとまらないんだ!と気づきました。そこで、光や色の話について、何回かに分けてご紹介して見たいと思います。石の写真を楽しみにされている方には申し訳無いのですが、どうせこのままのペースでコレクションをご紹介して行けば、遠からずアップする写真が尽きるのは間違い無いですしね^^;

色の話ばかりでも、飽きると思いますので、間に今まで通りの鉱物紹介も続けるつもりです。各回の話は、『光と色の話』というラベルを付けていくので、まとめて読む際にはコチラでどうぞ。
※尚、もし内容に誤りがありましたら、お手数ですがご指摘頂ければ幸いです。
 
 

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光の特徴 (光と色の話 第2回) [光と色の話]

さて、前回は、光について簡単に説明してみましたが、今回は更に光の特徴をお話しようと思います。

前回、光は電波やX線と同じ電磁波で違いは波長だけ。人の目に捉える事が出来るから特別に感じるんだというお話をしました。この説明は間違いではありませんが、そもそも可視光を感じる器官(目)を持てたのは、この波長の電磁波が特別な性質を持っている事に因ります。その意味では、光とは特別な電磁波なんです。

電磁波は、波長によって様々な特徴を持っています。例えば、波長が短くなると直進性が強くなります。また、電波より短い波長の電磁波(赤外線・可視光・紫外線)は、物質に吸収されたり様々な相互作用を生じます。更に波長が短くなると物質と相互作用が殆ど無くなり、透過します。
この様な特徴から、電磁波は、様々に利用されます。直進性が光ほど高くない電波は、多少の障害物があっても進む事が出来るので、情報伝達の手段として、そして透過性の高いX線はレントゲンやCT撮影に用いられたりするんですね。


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目はどうやって光を捉えるのか? (光と色の話 第3回) [光と色の話]

さて、完全に話が鉱物から離れていますね^^; まあ、気にせず話を進めましょう。

前回までの話で、光が物質に吸収されたり相互作用を生じるという特徴を持つ電磁波だと言う事、それ故に生物は光を捉えるセンサー(目)を発達させたというのがご理解頂けたでしょうか?

今回は、光を捉えるセンサー『目』の構造と原理について、説明していきます。

その前に、すこし寄り道します。光を捉える器官の目ですが、目に光が入らないと『見えない』という事になります。これは、当たり前の事のようですが、重要です。ちょっと、分かりにくいかな?具体的に話をすると、通常は光が物に当たって乱反射しているので、何からの光が目に入ります。しかし、レーザーのように直進性の高い光が自分のすぐ目の前を横切っている場合、私たちは光がそこにあるのに『見えない』んです。つまり光が無い状態と同じと認識してしまうんですね。


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色って何? (光と色の話 第4回) [光と色の話]

『色』 これは、なかなか難敵です。まず初めに、光のスペクトルから話を始めましょう。

太陽光ををプリズムに通すと、虹のように色を持った光の帯ができます。これを光のスペクトルといいます。ではなぜ、虹色が見えるのでしょう?太陽光をは、プリズムに通すときに屈折します。この時、屈折率が光の波長によって異なるため、プリズムを出た光の方向は波長によって変わります。つまり、虹色の光とは、波長の違う光という訳です。

ところが、厳密に言えば、波長の違う光=色ではありません。というか光には色がついていません。色は人の頭の中で作られているんです。

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光の三原色 (光と色の話 第5回) [光と色の話]

(間違えて今回の内容を第4回に載せていました。申し訳ありません。一昨日の内容を新しく更新しなおして、今回の第5回はそのままにしています。新しい記事はコチラになります。)
第4回の『色って何?』で、ある波長の組み合わせを持つ光に対する錐体細胞の刺激が、色として認識されるというお話をしました。かなり回りくどい言い方ですよね。これには訳があります。

簡単に説明される場合、特定の波長の光を見た時にある色を感じるので、赤は波長700 nmの光, 緑は波長546nmの光,そして青は波長436nmの光と表現される事があります。更に、575nmの光は黄色という感じで、単一波長の光を見た時にある色を感じるのは事実です。プリズムで分光した太陽光や虹の色が正にこれです。でも、これって逆は成り立たないんです。

例えば黄色に見える波長は?という問いに対する答えは1つではありません。575nmと微妙に違う波長も黄色に見えるというレベルの話ではありません。具体的には赤と緑に相当する波長が700nm付近の光と546nm近辺の二つのピークを持つ光を見た時に、やっぱり黄色に見える事があるんです。


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色の三原色 (光と色の話 第6回) [光と色の話]

光っている物の色については、前回の『光の三原色』の話までで、ご理解いただけたと思います。

でも一部の例外を除くと物それ自体は光を放っていません。太陽光や蛍光灯、電灯、蝋燭の光等を反射しています。そうするとこれまでの話だけでは説明が付かない事が起きるんです。赤い光と緑の光で黄色に見えるけど、赤い絵具と緑の絵具を混ぜても黄色には成りません。暗い茶色になると思います。これは何故でしょう?

まず太陽光の下で物を見た場合で考えて見ましょう。孔雀石(マラカイト)を見ると緑色をしています。これはマラカイトが緑色に発光している訳ではありません。ですから、真っ暗な部屋では見えなくなりますよね。
太陽光には全波長の光がほぼ均一に含まれています。孔雀石この内緑色を示す波長の光を強く反射します。裏を返すと、赤紫(マゼンタ)に見える波長を吸収しているんです。このような緑と赤紫のような関係を補色と呼びます。


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カラーチェンジについて (光と色の話 第7回) [光と色の話]

これまで長々と、光や色についての話をさせて頂きました。一通りの説明を終えたので、いよいよ具体的に色についての様々な話に移りたいと思います。

カラーチェンジする鉱物として有名なアレキサンドライト。非常に高価な宝石ですね。でも何で光源によって色が変わるんでしょう?
このアレキサンドライトは、太陽光の下では緑色に見えるのに、白熱灯の下では赤色に変わります。アレキサンドライトと観察者は変わっていませんから、原因は光源にあるのは予想できますね。
 

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鉱物の色の原因(光と色の話 第8回) [光と色の話]

この『光と色の話』を始める、動機になったテーマにようやく辿り着きました。
鉱物の色の原因です。第6回で孔雀石を例に、物質が特定の波長を吸収して、反射した光に含まれる波長が偏る事で色が見えるという話とその具体例をご説明しました。今回は、更に一歩踏み込んでお話したいと思います。

(白や黒、透明な石ではなく)色のついた石の場合、発色原因は基本的に遷移金属のイオンに由来する場合が多いです。例えば、オレンジカルサイトの色が鉄由来だとか、ブルーカルサイトの色がストロンチウム由来という感じです。鉱物の場合は、他の大きな要因にカラーセンターという概念がありますが、ちょっと説明が面倒なので、今回は遷移金属イオンに由来する色についてお話します。

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自分で光る鉱物 (光と色の話 第9回) [光と色の話]

物質が特定の波長を吸収して、反射した光に含まれる波長が偏る事で色が見えるという話は、これまでにご紹介した通りです。所が、鉱物の中には反射するだけではなく、自ら光る物があります。今日は、これをご紹介したいと思います。

最も良い例はルビーです。真紅のルビーの発色は反射による物だけではありません。そもそも反射の場合、元の光より明るくなる事はありません。しかし、ルビーの場合は、太陽光に含まれる紫外線で蛍光してピンク色を発色します。つまり通常の反射光に含まれる赤に加えて蛍光による赤い光も放つんです。勿論、ブラックライトをあてると赤く輝くので暗い部屋でも見えますし、明るい場所でもまさに石そのものが輝いているんです。宝石として好かれる一つの要因でしょうね。

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ルミネッセンスの話 (光と色の話 第10回) [光と色の話]

前回の話でルビーに紫外線をあてると700nm近くの光を発光する事をご紹介しました。このような自分で光を発する物質は他にもあります。鉱物だと蛍石やアダム鉱などです。

さて、学問上の定義では、蛍光はルミネッセンスという現象と言えます。ルミネッセンスは、ある物質がエネルギー(電磁波,熱,応力)を得た際に物質内の電子が低いエネルギー状態から高いエネルギー状態に励起されて起こります。この高いエネルギー状態は不安定なので、低エネルギー状態に電子が戻ってきます。この時、差分のエネルギーが、特定の波長の光として放出する現象を総称してルミネッセンスと言うんですね。

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