Переливчатость
Радужность (также известная как гониохромизм ) — это явление определенных поверхностей, которые постепенно меняют цвет по мере изменения угла зрения или угла освещения. Радужность вызвана волновой интерференцией света в микроструктурах или тонких пленках . Примеры переливчатости включают мыльные пузыри , перья , крылья бабочек и перламутр морских 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
[ редактировать ]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 Ирис из греческой мифологии , которая была олицетворением радуги и выступала в роли посланницы богов. Гониохромизм происходит от греческих слов gonia , что означает «угол», и chroma , что означает «цвет».
Механизмы
[ редактировать ]
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 результатом интерференции тонких пленок , 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]
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 будет наблюдаться 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 1665 года «Микрография» , где Гук правильно заметил, что, поскольку переливчатость пера павлина теряется, когда его погружают в воду, но появляется вновь, когда его возвращают в воздух, пигменты не могут нести ответственность. [13] [14] Позже было обнаружено, что радужность павлина обусловлена сложным фотонным кристаллом . [15]
Перламутровый блеск
[ редактировать ]
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
[ редактировать ]Жизнь
[ редактировать ]Беспозвоночные
[ редактировать ]Eledone moschata имеет голубоватый перелив, проходящий по телу и щупальцам . [18]
Ящик Корнелла с переливающимися насекомыми
Радужный экзоскелет золотого жука-оленя.
Внутренняя поверхность Haliotis iris , раковина пауа.
Позвоночные животные
[ редактировать ]Перья птиц , таких 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 вид радужного геккона, Cnemaspis kolhapurensis , был обнаружен в Индии в 2009 году. [22] Tapetum lucidum , присутствующий в глазах многих позвоночных, также имеет переливающийся цвет. [23] Известно, что радужность присутствует среди доисторических нептичьих и птичьих динозавров, таких как дромеозавриды , энантиорниты и литорнитиды . [24] Мышечные ткани могут иметь радужную окраску. [25]
Растения
[ редактировать ]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 . [26] [27]
Радужный бегонии лист
селагинеллы wildenowii Листья
Pollia condensata fruits
Офриса Зеркальные цветы
Небиологический
[ редактировать ]Минералы
[ редактировать ]
Кристалл висмута с тонким переливающимся слоем оксида висмута , для сравнения — беловато-серебристый кубик висмута.
Полированный лабрадорит
метеорологический
[ редактировать ]
Полярные стратосферные облака с перламутровым переливом.
Человеческий
[ редактировать ]
Перламутровая покраска автомобиля Toyota Supra
Игровая поверхность компакт-диска
Переливающаяся тонировка на реверсе доллара Моргана.
Переливающийся с блестками лак для ногтей
Смартфон с переливающейся задней панелью
моторного масла Разлив
Цвета закалки образуются при нагревании стали, образуя на поверхности тонкую оксидную пленку. Цвет указывает на температуру, до которой он был нагрет, что делает его одним из первых практических применений переливчатости.
Наноцеллюлоза иногда бывает радужной, [28] как и тонкие пленки бензина и некоторых других углеводородов и спиртов, плавающие на воде. [29]
См. также
[ редактировать ]- Анизотропия
- Биолюминесценция , независимо от угла
- Дихроичный фильтр
- Дихроизм
- Иридоцит
- Лабрадоресценция (Адуляресценция)
- Металлический цвет
- Опалесценция
- Структурный цвет
- Тонкопленочная оптика
- Перламутр
- Опал
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Онлайн-этимологический словарь» . etymonline.com . Архивировано из оригинала 7 апреля 2014 г.
- ^ Jump up to: а б 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 .
- ^ Киношита, 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 .
- ^ 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 ракурсов» . Журнал интерфейса Королевского общества . 6 (дополнение_2): S107-13. doi : 10.1098/rsif.2009.0013.focus . ПМК 2706472 . ПМИД 19336343 .
- ^ Jump up to: а б Ёсиока, 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 .
- ^ 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 .
- ^ Акерман, Стивен А.; Нокс, Джон А. (2013). Метеорология: понимание атмосферы . Джонс и Бартлетт Обучение. стр. 173–175. ISBN 978-1-284-03080-8 .
- ^ Сюн, Бор-Кай; Сиддик, Радванул Хасан; Ставенга, Дукель Г.; Отто, Юрген К.; Аллен, Майкл С.; Лю, Ин; Лу, Юн-Фэн; Дехейн, Деметриус 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 .
- ^ Ли, Дэвид (2007). Палитра природы: наука о цвете растений . Издательство Чикагского университета. ISBN 978-0-226-47052-8 . [ нужна страница ]
- ^ 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 .
- ^ ван дер Кои, 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 .
- ^ 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 на основе тарантула» . Передовые оптические материалы . 5 (2): 1600599. doi : 10.1002/adom.201600599 . S2CID 100181186 .
- ^ Гук, Роберт. Микрография. Глава 36 («Наблюдение XXXVI. О павлинах, утках и других перьях изменчивой окраски »).
- ^ Болл, Филип (17 апреля 2012 г.). «Цветовые хитрости природы». Научный американец . 306 (5): 74–79. Бибкод : 2012SciAm.306e..74B . doi : 10.1038/scientificamerican0512-74 (неактивен 7 февраля 2024 г.). ПМИД 22550931 .
{{cite journal}}: CS1 maint: DOI неактивен по состоянию на февраль 2024 г. ( ссылка ) - ^ Jump up to: а б 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 .
- ^ Рут Джонстон-Феллер (2001). Цветоведение при исследовании музейных предметов: неразрушающие методы . Публикации Гетти. стр. 169–. ISBN 978-0-89236-586-9 .
- ^ Руководство по испытаниям красок и покрытий . АСТМ Интернешнл. стр. 229–. GGKEY:7W7C2G88G2J.
- ^ Мацца, Джузеппе (7 августа 2008 г.). «Эледоне моската» . Энциклопедия природы Монако . Проверено 7 февраля 2023 г.
- ^ Ставенга, генеральный директор; 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 .
- ^ 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 .
- ^ 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 . ПМИД 29578758 . S2CID 4386607 .
- ^ «Новые виды ящериц обнаружены в Индии» . Би-би-си онлайн . 24 июля 2009 года . Проверено 20 февраля 2014 г.
- ^ Энгелькинг, Ларри (2002). Обзор ветеринарной физиологии . Тетон НьюМедиа. п. 90. ИСБН 978-1-893441-69-9 .
- ^ 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 . дои : 10.1126/sciadv.aba0187 . ПМК 7220335 . ПМИД 32426504 .
- ^ Мартинес-Уртадо, Хуан; Акрам, Мухаммед; Йетисен, Али (11 ноября 2013 г.). «Радиация мяса, вызванная поверхностными решетками» . Еда . 2 (4): 499–506. дои : 10.3390/foods2040499 .
- ^ Гловер, Беверли Дж.; Уитни, Хизер М. (апрель 2010 г.). «Структурная окраска и радужность у растений: малоизученные взаимоотношения окраски пигментов» . Анналы ботаники . 105 (4): 505–511. дои : 10.1093/aob/mcq007 . ПМЦ 2850791 . ПМИД 20142263 .
- ^ 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 .
- ^ Пикард, Г.; Саймон, Д.; Кардифф, Ю.; ЛеБрё, JD; Гозаэль, Ф. (3 октября 2012 г.). «Переливчатость нанокристаллов целлюлозы: новая модель». Ленгмюр . 28 (41): 14799–14807. дои : 10.1021/la302982s . ПМИД 22988816 .
- ^ Зитцевиц, Пол В. (2011). Удобный сборник ответов по физике . Видимый чернильный пресс. п. 215. ИСБН 978-1-57859-357-6 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]
- GIF-анимация морфо-бабочки размером 2,2 МБ, демонстрирующая переливчатость.
- «Статья о радужности бабочек». Архивировано 7 ноября 2015 г. на Wayback Machine.