Особенности восприятия света человеком

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство Образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

Димитровградский инженерно-технологический

институт - филиал НИЯУ «МИФИ»

Кафедра Дизайна

Реферат по оборудованию и благоустройству на тему:

«Особенности восприятия света человеком»

Выполнил: студент 5 курса

Алмакаев А.А.

Научный руководитель:

Веденева Е.М.

Город Димитровград 2012 г.



ВВЕДЕНИЕ

Первый шок, испытываемый человеком в момент рождения, шок, по утверждениям психологов, оказывающий влияние на подсознание на протяжении всей жизни. И вместе со светом в мир чувств врывается цвет - и тоже не отпускает до самой смерти. Цвет окружает человека со всех сторон, определяет настроение и самочувствие, влияет на работоспособность и психологическое состояние, даже на саму продолжительность жизни.

Цветовое зрение отличает человека от большинства животных. Зрение - основной канал восприятия окружающего мира, и именно цвет играет важнейшую роль при интерпретации информации, полученной через глаза.

Маленький человечек учится ориентироваться в мире по ярким цветам, учится узнавать и отличать предметы, вещи и явления. Именно в детстве в подсознании выстраиваются ассоциативные ряды, связывающие цвет и ощущение, цвет и эмоцию. Вырастая, человек начинает подходить к цвету с прикладной точки зрения, учится использовать его в своих нуждах, изучать, создавать и воспроизводить цвет.

Не существует, пожалуй, ни одной сферы деятельности человека, ни одной профессии, где бы ему не пришлось решать вопросы, связанные с цветом, начиная c бытовых ("...мне пойти сегодня в красном или зеленом платье?") и заканчивая производственными ("Михалыч, сколько раз тебе говорить, что в колбасу мы добавляем красную краску, а не зеленую"). Практически в любом производстве используются красители и пигменты. Цвет - самая сильная головная боль дизайнеров и художников, издателей и полиграфистов, автослесарей и текстильщиков, кинооператоров и телережиссеров... Список профессий, в которых цвет играет определяющую, а то и решающую роль, можно продолжать до бесконечности. [7]

Чтобы видеть, нам нужен свет. Это положение может показаться слишком очевидным, чтобы заслуживать упоминания, однако оно не всегда было столь банальным. Платон думал, что зрительное восприятие существует не потому, что свет проникает в глаз, а потому, что частицы, исходящие из глаз, обволакивают окружающие предметы. Трудно представить себе теперь, почему Платон не попытался разрешить проблему с помощью простых экспериментов. Хотя для философов вопрос о том, каким образом мы видим, всегда был излюбленной темой размышлений и теоретических построений, только за последнее столетие эта проблема стала предметом систематических исследований; это довольно странно, поскольку все научные наблюдения зависят от показаний человеческих органов чувств и главным образом от зрения.

В течение последних 300 лет существовали две соперничавшие теории относительно природы света. Исаак Ньютон (1642--1727) считал, что свет -- это поток частиц, в то время как Христиан Гюйгенс (1629--1695) утверждал, что свет представляет собой,

по всей видимости, колебание небольших эластичных сферических образований, соприкасающихся друг с другом и перемещающихся во всепроникающей среде -- эфире. Любое возмущение этой среды, как он считал, будет распространяться во всех направлениях в виде волны, а эта волна и есть свет.

Полемика относительно природы света -- одна из наиболее впечатляющих и интересных в истории науки. Основным вопросом на ранних стадиях дискуссии был вопрос о том, распространяется ли свет с определенной скоростью или он достигает цели мгновенно. Ответ на этот вопрос был получен совершенно неожиданно датским астрономом Рёмером (1644--1710). Он изучал затмение четырех ярких спутников, вращающихся вокруг Юпитера, и обнаружил, что периоды между затмениями нерегулярны и зависят от расстояния между Юпитером и Землей.

В 1675 г. он пришел к заключению, что этот факт определяется временем, которое требуется, чтобы свет, исходящий от спутников Юпитера, достиг глаза экспериментатора; время возрастает с увеличением расстояния вследствие ограниченной скорости света. Действительно, расстояние от Земли до Юпитера равно примерно 299 274000 км -- это в два раза больше, чем расстояние от Земли до Солнца; наибольшая временная разница, которую он наблюдал, равнялась 16 мин. 36 сек. --на этот отрезок времени раньше или позже, чем полагалось по расчету, начиналось затмение спутников. На основании несколько ошибочной оценки расстояния до Солнца он подсчитал, что скорость света равна 308 928 км/сек. Современные знания о диаметре земной орбиты позволяют нам уточнить эту величину и считать ее равной 299 274 км/сек, или Зх10¹⁰ см/сек. Скорость света, таким образом, на небольших расстояниях от Земли измеряется очень точно, и теперь мы рассматриваем ее как одну из основных констант Вселенной.

Вследствие ограниченной скорости света и определенной задержки нервных импульсов, поступающих я мозг, мы всегда видим прошлое. Наше восприятие Солнца запаздывает на 8 мин.; всем известно, что наиболее отдаленный из видимых невооруженным глазом объектов -- туманность Андромеды уже больше не существует и то, что мы видим, происходило за миллион лет до появления человека на Земле.

Скорость света, равная Зх10¹⁰ см/сек, строго сохраняется только в полном вакууме. Когда свет проходит через стекло или воду или какую-нибудь другую пропускающую свет среду, его скорость уменьшается в соответствии с показателем преломления света (приблизительно в соответствии с плотностью этой среды). Это замедление скорости света исключительно важно, так как именно благодаря этому свойству света призма преломляет свет, а линзы создают изображение. Закон преломления (отклонение луча света в зависимости от изменения показателя преломления) был впервые установлен Снеллиусом, профессором математики, в Лейдене в 1621 году. Снеллиус умер в возрасте 35 лет, оставив свои работы неопубликованными. Декарт сформулировал Закон преломления одиннадцать лет спустя. Закон преломления гласит:

«При переходе света из среды А в среду В отношение синуса угла падения к синусу угла преломления света является константою».

Мы можем видеть, как это происходит, из простой диаграммы (рис. 2, 3): если АВ -- луч, проходящий через плотную среду в вакуум (или воздух), то он появится в воздухе под углом i по линии BD.

Закон гласит, что sin i/sin r является постоянной величиной. Эта константа и есть индекс рефракции, или показатель преломления, обозначенный v.

Ньютон думал, что частицы света (корпускулы) притягиваются к поверхности плотной среды, Гюйгенс полагал, что преломление возникает вследствие того, что скорость света уменьшается в плотной среде. Эти предположения были высказаны задолго до того, как французский физик Фуко доказал прямыми измерениями, что скорость света в плотной среде действительно уменьшается. Некоторое время считали, что корпускулярная теория света Ньютона совершенно ошибочна и что свет -- это только ряды волн, проходящих через среду, эфир; однако начало нынешнего столетия ознаменовалось важным доказательством того, что волновая теория света не объясняет всех световых явлений.

Теперь считается, что свет -- это и частицы и волны. Свет состоит из единиц энергии -- квантов. Они соединяют в себе свойства и частиц и волн. Коротковолновый свет содержит большее количество волн в каждом пучке, чем длинноволновый. Этот факт находит свое отражение в правиле, согласно которому энергия одного кванта является функцией частоты, иначе говоря, E = hv, где Е -- это энергия в эрг/ сек; h -- небольшая постоянная величина (константа Планка), а х частота излучения.

Когда свет преломляется призмой, каждая частота отклоняется под несколько иным углом, так что из призмы пучок света выходит в виде веера лучей, окрашенных во все цвета спектра. Ньютон открыл, что белый свет состоит из всех цветов спектра, разложив солнечный луч на спектр и затем обнаружив, что он может вновь смешать цвета и получить белый свет, если пропускать спектр через вторую сходную призму, установленную в обратном положении.

Ньютон обозначил семь цветов своего спектра следующим образом: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый. Никто в действительности не видит синий цвет в чистом виде, еще более сомнителен оранжевый. Подобное деление спектра на цвета объясняется тем, что Ньютон любил число 7, и он добавил оранжевый и синий, чтобы получить магическую цифру! Теперь мы знаем то, чего не знал Ньютон, а именно, что каждый спектральный цвет, или оттенок, является светом определенной частоты. Мы знаем также, что так называемое электромагнитное излучение, по существу, ничем не отличается от светового. Физическое различие между радиоволнами, инфракрасным светом, видимым светом, ультрафиолетовыми и рентгеновскими лучами состоит в их частоте. Только очень узкий диапазон этих частот возбуждает глаз и дает изображение и ощущение цвета. Диаграмма (рис. 2, 5) показывает, как узка эта полоса в физической картине волн. Взгляните на этот рисунок, ведь мы почти слепы!

Если нам известна скорость света и его частота, то легко подсчитать длину волны, однако в действительности частоту света трудно измерить непосредственно. Легче измерить длину световых волн, чем их частоту, хотя это не относится к низкочастотным радиоволнам.



Длина световой волны измеряется путем расщепления света не с помощью призмы, а с помощью специальной решетки из тонких тщательно начерченных по определенным правилам линий, в результате чего также возникают цвета спектра. (Это можно видеть, если держать диск светового поляризатора наклонно, под тупым углом к источнику света: тогда отражение будет состоять из ярких цветов). Если даны расстояния между линиями, нанесенными по определенному образцу и составляющими решетку, и угол, благодаря которому возникает пучок света данного цвета, то длина волны может быть определена очень точно. Подобным путем можно установить, что голубой свет имеет длину волны приблизительно 1/100 000 см, в то время как длина волны красного света равна 1/175 000 см. Длина световой волны важна для установления границ разрешающей способности оптических инструментов.



Мы не можем невооруженным глазом видеть один квант света, тем не менее, рецепторы сетчатки настолько чувствительны, что они могут стимулироваться одним квантом света. Однако, чтобы получить ощущение вспышки света, необходимо несколько (от пяти до восьми) квантов света. Отдельные рецепторы сетчатки настолько чувствительны, насколько это вообще возможно для какого-либо детектора света, поскольку квант -- это наименьшее количество лучистой энергии, которое вообще может существовать. К сожалению, прозрачные проводящие среды глаза далеки от совершенства и скрадывают возможности сетчатки воспринимать свет. Только около 10% света, поступающего в глаз, достигают рецепторов, остальное теряется вследствие поглощения и расщепления внутри глаза прежде, чем свет достигнет сетчатки. Несмотря на эти потери, оказывается возможным при идеальных условиях видеть одну свечу на расстоянии 27 353 м.

Идея квантовой природы света имеет важное значение для понимания зрительного восприятия; эта идея вдохновила на ряд изящных экспериментов, направленных на выяснение физических свойств света и его восприятия глазом и мозгом. Первый эксперимент, посвященный изучению квантовой природы света, был проведен тремя физиологами -- Гехтом, Шлером и Пиренном в 1942 г. Их работа является сейчас классической. Предполагая, что глаз должен обладать почти или целиком такой же чувствительностью, как это теоретически возможно, они задумали очень остроумный эксперимент, чтобы выяснить, сколько квантов света должно быть воспринято рецепторами, чтобы мы увидели вспышку света. Доказательство основывалось на использовании распределения Пуассона. Оно описывает ожидаемое распределение попаданий в цель. Идея состоит в том, что по крайней мере частично изменения чувствительности глаза во времени связаны не с состоянием самого глаза или нервной системы, а с колебаниями энергии слабого светового источника. Вообразите беспорядочный поток пуль, они не будут попадать в цель с постоянной скоростью, скорость будет варьировать, сходным образом наблюдаются колебания и в количестве квантов света, которые достигают глаза. Данная вспышка может содержать малое или большое число квантов света, и вероятность обнаружить ее будет тем выше, чем больше она превышает среднее число квантов во вспышке. Для яркого света этот эффект несуществен, однако, поскольку глаз чувствителен и к нескольким квантам, колебания энергии света важно учитывать при минимальных величинах этой энергии, необходимых для возникновения ощущения.

Представление о квантовой природе света важно также и для понимания способности глаза выделять тонкие детали. Одна из причин, почему мы можем читать при свете луны только крупный газетный шрифт, состоит в том, что количество квантов, попадающих на сетчатку, недостаточно, чтобы создать полный образ за тот короткий промежуток времени, который требуется глазу, чтобы интегрировать энергию, -- это число порядка одной десятой секунды. В действительности это еще не все, что может быть сказано по этому поводу; чисто физический фактор, обусловленный квантовой природой света, способствует появлению хорошо известного зрительного феномена -- ухудшению остроты зрения при тусклом свете. До последнего времени это явление трактовалось исключительно как свойство глаза. В самом деле часто довольно трудно установить, следует ли относить тот или иной зрительный феномен к области психологии, физиологии или физики.

Как возникают изображения? Проще всего изображение может быть получено с помощью булавочного отверстия. Рисунок показывает, как это делается. Луч от части предмета х может достигнуть только одной части экрана у -- той части, которая расположена на прямой линии, проходящей через булавочное отверстие. Каждая часть предмета освещает соответствующую часть экрана, так что на экране создается перевернутое изображение предмета. Полученное с помощью булавочного отверстия изображение будет довольно тусклым, потому что для четкого изображения нужно еще меньшее отверстие (хотя, если отверстие слишком мало, изображение будет расплывчатым, поскольку нарушается волновая структура света).

Линза фактически представляет собой пару призм. Они направляют поток света от каждой точки объекта к соответствующей точке экрана, давая, таким образом, яркое изображение. В отличие от булавочного отверстия, линзы хорошо работают только тогда, когда соответствующим образом подобраны и правильно установлены. Хрусталик может быть неправильно настроен и не соответствовать глазу, в котором он находится. Хрусталик может фокусировать изображение спереди или сзади сетчатки, вместо того чтобы фокусировать его на самой сетчатке, что приводит к появлению близорукости или дальнозоркости. Поверхность хрусталика может быть недостаточно сферической и вызывать искажение или нарушение четкости изображения. Роговица может быть неправильной формы или иметь изъяны (возможно, вследствие повреждения металлической стружкой на производстве или песчинкой при вождении машины без предохранительных очков). Эти оптические дефекты могут быть скомпенсированы с помощью искусственных линз -- очков. Очки исправляют дефекты аккомодации, изменяя силу хрусталика; они корригируют астигматизм, добавляя несферический компонент. Обычные очки не могут исправить дефекты поверхности роговицы, однако, новые роговичные линзы, установленные на самом глазу, образуют новую поверхность роговицы.

Очки удлиняют нашу активную жизнь. С их помощью мы можем читать и выполнять сложную работу в старости. До их изобретения работники умственного и физического труда становились беспомощными вследствие недостатков зрения, хотя они были еще сильны разумом.



Свет как элемент жизненной среды человека представляет собой один из основных факторов важнейшей медико-биологической проблемы современности - организм и среда.

Выдающийся естествоиспытатель, создатель учения о биосфере В.И. Вернадский писал, что “кругом нас, в нас самих, всюду и везде, без перерыва, вечно сменяясь, совпадая и сталкиваясь, идут излучения разной длины волн - от волн, длина которых исчисляется десятимиллионными долями миллиметра, до длинных, измеряемых километрами”.(1)

В этом диапазоне лежат и излучения оптической области спектра лучистой энергии - свет солнца, неба и искусственных источников света.

Сейчас в век научно-технического прогресса, в самых разносторонних областях широко применяются источники лучистой энергии. В связи с этим человек подвергается воздействию естественных и искусственных источников лучистой энергии с самой различной спектральной характеристикой и чрезвычайно обширным диапазоном интенсивности: от 100000 лк и более днем при прямом солнечном свете до 0.2 лк ночью при свете луны.

Вместе с тем о роли лучистой энергии, в частности света, в биологии человеческого организма мы, к сожалению, знаем еще пока очень мало.

Все виды излучения оптической области спектра имеют одинаковую физическую природу. Но каждый отдельный участок спектра (видимые, ультрафиолетовые и инфракрасные лучи) имеет определенные длины волн и частоту электромагнитных колебаний, что в свою очередь качественно характеризует эти участки спектра, их биологическое действие и гигиеническое значение.

Свет - видимое излучение - является единственным раздражителем глаза, вызывающим зрительные ощущения, обеспечивающие зрительное восприятия мира. Однако действие света на глаз не ограничено только аспектом видения - возникновением на сетчатке глаза изображений и формированием зрительных образов. Помимо основного процесса видения, свет вызывает и другие важные реакции рефлекторного и гуморального характера. Воздействуя через адекватный рецептор - орган зрения, он вызывает импульсы, распространяющиеся по зрительному нерву до оптической области больших полушарий головного мозга (в зависимости от интенсивности) возбуждает или угнетает центральную нервную систему, перестраивая физиологические и психические реакции, изменяя общий тонус организма, поддерживая деятельное состояние.

Видимый свет оказывает еще влияние на иммунные и аллергические реакции, а также на различные показатели обмена, изменяет уровень аскорбиновой кислоты в крови, в надпочечных железах и мозге. Он действует и на сердечно-сосудистую систему. В последнее время установлено также и гуморальное влияние нервного возбуждения, возникающее при световом раздражении глаза.

Хотя наибольшее количество реакций вызываемых светом в организме человека, имеют положительный эффект, все же имеет место и вредные аспекты действия видимого света. И в этом реферате, будут изложены наиболее распространенные виды вредного влияния оптического излучения видимого спектра на организм человека. А именно будут рассмотрены различные механизмы световых повреждений глаз. Особое внимание в этом реферате решено уделить механизму основанному на фотохимических процессах происходящих на сетчатке под воздействием светового излучения.

Для наиболее полного понимания материала, целесообразно сначала ознакомится с анатомией органа зрения.



СТРОЕНИЕ ГЛАЗА

Глаз состоит из двух частей: собственно глаза - глазного яблока и вспомогательных частей - глазодвигательных мышц, век, слезного аппарата. Глазное яблоко можно подразделить экваториальным разрезом на две части: переднюю и заднюю. Задняя часть глазного яблока, которую с некоторой натяжкой можно назвать дном глазного яблока, будет представлять тот чувствительный экран, на который отбрасываются изображения диоптрическим аппаратом, заложенным в передней части глаза и состоящим из хрусталика, радужины, цилиарного тела и роговицы; сюда же можно отнести жидкость передней камеры и стекловидное тело.

Задняя стенка глазного яблока состоит из трех оболочек: светочувствительной нервной оболочки, или сетчатки (retina), пигментированной сосудистой оболочки (chorioidea) и наружной белковой оболочки, или склеры (sclera).

Сетчатка представляет самую внутреннюю оболочку глазного яблока и граничит непосредственно со стекловидным телом.

Сетчатка продолжается и на цилиарное тело и на радужину, однако в этих местах она уже утрачивает свою светочувствительность. Поэтому в сетчатке различают оптическую (pars optica), радужинную (pars iridica) и цилиарную (pars ciliaris) части.

В оптической части сетчатки (pars optica) имеются два места, важные в функциональном отношении. Одно из них представляет место входа зрительного нерва и давно уже известного под именем слепого пятна. Другое же, представляющее точку наилучшего видения и известное под именем желтого пятна, является плоским углублением, расположенным прямо против зрачка и отличающимся особым расположением нервных элементов.

В сетчатке удается различить ряд слоев. Самым наружным из них будет слой пигментного эпителия сетчатки, развивающийся из наружной стенки глазного бокала (Pl).

Пигментный эпителий состоит из низких призматических клеток правильной пяти-шестигранной формы и на плоскостном препарате имеет вид мостовидного эпителия. Среди обыкновенных одноядерных клеток попадаются более крупные гигантские многоядерные клетки. От поверхности клеток, обращенной в сторону сетчатки, отходят длинные плазматические отростки, образующие как бы бороду пигментного эпителия. В эти отростки проникают пигментные зернышки из протоплазмы эпителиальных клеток. В бороду пигментного эпителия вдвинуты фоторецепторные концы (SZ) чувствительных клеток сетчатки, так называемые палочки и колбочки, каждая из которых является аппаратом, воспринимающим световое раздражение. Борода пигментного эпителия, окружая своими пигментированными нитями каждую палочку и колбочку, оптически изолирует их друг от друга.

В собственно сетчатке самый наружный слой образован только-что упомянутыми палочками и колбочками (SZ). Колбочки и палочки лежат своими основаниями в наружной пограничной перепонке (mle), за которой следует наружный ядерный слой (AK), заключающий в себе многочисленные ядра. Следующий слой - наружный ретикулярный слой (Fs, ArS) - представлен нервным сплетением, за которым следует внутренний ядерный слой (iK), менее мощный чем наружный. Далее идет опять нервное сплетение, известное под именем внутреннего ретикулярного слоя (IrS), к которому примыкают ганглиозный слой (Gs) и слой нервных волокон (Fsn). Наконец от стекловидного тела сетчатку отграничивает внутренняя пограничная оболочка (mli).



Фотосенсибилизированные повреждения мембран можно ослабить или усилить рядом веществ. Хорошими тушителями синглетного кислорода являются b-каротин, a-токоферол, азид натрия а др. Известны также соединения, которые увеличивают фотосенсибилизируемые повреждения. Это прооксиданты - вещества, которые усиливают разветвления цепи окисления, вступая в окислительно-восстановительные реакции с липидными перекисями (3).

ВЛИЯНИЕ СВЕТА

свет цвет физиология восприятие

Для создания безопасных условий труда требуется не только достаточная освещенность рабочих поверхностей, но и рациональное направление света, отсутствие резких теней и бликов, вызывающих слепящее действие.

Правильная освещенность и окраска оборудования, опасных мест дает возможность следить за ними более внимательно (станок, окрашенный в однотонный цвет), а предупреждающая окраска опасных мест позволит уменьшить травматизм. Кроме того подбор правильного сочетания цветов и их интенсивности сведет до минимума время адаптации глаз при переводе взгляда с детали на рабочую поверхность. Правильно подобранная окраска может влиять на настроение рабочих, а, следовательно, и на производительность труда. Таким образом, недооценка влияния освещения, выбора цвета и света приводят к преждевременному утомлению организма, накоплению ошибок, снижению производительности труда, увеличению брака и, как следствие, к травматизму. Некоторое пренебрежение к вопросам освещенности вызвано тем, что глаз человека имеет очень широкий диапазон приспособления: от 20 лк (в полнолуние) до 100000 лк.

Естественное освещение - это видимый спектр излучения электромагнитных волн солнечной энергии длиной 380 - 780 нм (1 нм = 10^-9 м). Видимый свет (белый) состоит из спектра цветов: фиолетовый (390 - 450 нм), синий (450 - 510 нм), зеленый (510 - 575 нм), желтый (575 - 620 нм), красный (620 - 750 нм). Излучение с длиной волны более 780 нм называется инфракрасным, а с длиной волны менее 390 нм - ультрафиолетовым.

Цвет и свет взаимосвязаны между собой. Цвета, наблюдаемые человеком, делятся на хроматические и ахроматические. Ахроматические цвета (белый, серый, черный) имеют разные коэффициенты отражения и, поэтому, основной их характеристикой является яркость. Хроматические цвета (красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий и фиолетовый) характеризуются, в основном, тоном, который определяется длиной волны и чистотой или насыщенностью (степень "разбавленности" основного цвета белым). Окраска оборудования, материалов и др. в чёрный цвет угнетает человека. При переноске стандартных ящиков белого и черного цвета все рабочие заявили, что чёрные ящики тяжелее. Чёрную нить на белом фоне видно в 2100 раз лучше, чем на черном, но при этом наблюдается резкий контраст (отношение яркостей). С увеличением яркости и освещения до известных пределов усиливается острота зрения и яркость, с которой глаз различает отдельные предметы, т.е. быстрота различения. Слишком большая яркость света отрицательно влияет на органы зрения, вызывая ослепление и резь в глазах. Приспособление глаз к изменению яркости называется тёмной и светлой адаптацией. При работе на станке тёмно-серого цвета (отражающего 5% света) и с блестящей деталью (отражающей 95% цвета) рабочий переводит взгляд со станка на деталь 1 раз в минуту, при этом на адаптацию глаза затрачивается примерно 5 секунд. За семичасовой рабочий день будет потеряно 35 минут. Если при тех же условиях работы изменить время адаптации до 1 секунды за счет правильного подбора контраста, потеря рабочего времени будет равна 7 минутам.

Неправильный подбор освещения влияет не только на потерю рабочего времени и утомление рабочих, но и увеличивает травматизм в период адаптации, когда рабочий не видит или плохо видит деталь, и выполняет рабочие операции автоматически. Подобные условия наблюдаются и при монтажных работах, работе крана и других видах работ в вечернее время при искусственном освещении. Поэтому отношение яркостей (сущность контраста) не должно быть большим.

В восприятии цветов человеком важную роль играет цветовой контраст, т.е. преувеличение действительной разницы между одновременными восприятиями. Одна французская торговая фирма заказала партию красной, фиолетовой и голубой ткани с черным узором. Когда заказ был выполнен, фирма отказалась его принять, т.к. на красной ткани вместо черного узора был зеленоватый; на голубой - оранжевый, на фиолетовой - желто-зеленоватый. Суд обратился к специалистам, и когда те закрыли ткань, то в прорезях на бумаге рисунок был черный.

В настоящее время установлено, что красный цвет возбуждает, но и быстро утомляет человека; зеленый полезен для человека; желтый вызывает тошноту и головокружение. Естественное освещение считается самым лучшим для здоровья человека.

Солнечный свет оказывает биологическое действие на организм, поэтому естественное освещение является гигиеничным. Замена естественного освещения искусственным допускается только тогда, когда по каким-либо причинам нельзя использовать (или невозможно использовать) естественное освещение рабочих мест.

Поэтому нормирование освещения производственных помещений и рабочих мест осуществляется на научной основе с учетом следующих основных требований:

1.Достаточная и равномерная освещенность рабочих мест и обрабатываемых деталей;

2.Отсутствие яркости, блеклости и слепящего действия в поле зрения рабочих;

3.Отсутствие резких теней и контрастов;

4.Оптимальная экономичность и безопасность осветительных систем.

Следовательно, для правильного светового режима необходимо учитывать весь комплекс гигиенических условий, т.е. количественную и качественную стороны освещения.

Для измерения освещенных рабочих мест и общей освещенности помещений используют люксметр типа Ю-116, Ю-117, универсальный люксметр - яркометр ТЭС 0693, фотометр типа 1105 фирмы "Брюль и Кэр". Принцип работы приборов основан на использовании фотоэлектрического эффекта - эмиссии электронов под действием света (рис 2.4.1).

При выполнении различных видов работ применяют естественное, искусственное и смешанное освещение, параметры которых регламентируются ГОСТ 12.1.013-78, СНиП ІІ-4-79 "Естественное и искусственное освещение", инструкцией по проектированию электрического освещения строительных площадок (СН 81-80). Все помещения с постоянным пребыванием людей должны иметь естественное освещение.

Там, где невозможно осуществить естественное освещение или если оно не регламентируется СНиП П-4-79, применяется искусственное или смешанное освещение.

Оптическая часть спектра, состоящая из ультрафиолетовых, видимых и инфракрасных излучений, имеет диапазон волн от 0,01 до 340 мкм. Видимое излучение, воспринимаемое глазом, называется световым и имеет длину волн от 0,38 до 0,77 мкм, а мощность такого излучения - световым потоком (F). Единицей светового потока принят люмен. Это величина, равная 1/621 светового ватта. Люмен [лм] определяется как световой поток, который испускается полным излучателем (абсолютно черным телом) при температуре затвердения платины с площадью 530,5?10^-10 м² (световой поток от эталонного точечного источника в 1 канделу, расположенного в вершине телесного угла в 1 стерадиан). Стерадиан - это единичный телесный угол щ, который является частью среды радиусом 1 м и площадью сферической поверхности, основание которой равно 1 м².

(2.4.1)

где щ - единичный телесный угол, 1 стер;

S - площадь сферической поверхности, 1 м²;

R - радиус сферической поверхности, 1 м.

Пространственная плотность светового потока в данном направлении называется силой света (I). За единицу силы света принята кандела [кд].

[1кд = лм/стер]

(2.4.2)

где Й - сила света, кд;

F - световой поток, лм.

Величина светового потока, который приходится на единицу освещаемой поверхности, называется освещенностью (Е). Измеряется освещенность в люксах. Люкс - освещенность поверхности площадью 1м² равномерно распределенным световым потоком в 1 лм.

(2.4.3)

Видимость предметов зависит от части света, отраженного предметом, и характеризуется яркостью (В). Измеряется яркость в [кд/м²].

(2.4.4)

где б - угол между нормалью к элементу поверхности S и направлением, для которого определяется яркость.

Яркость - светотехническая величина, на которую непосредственно реагирует глаз. Гигиенически приемлемым являются яркости до 5000 кд. Яркость в 30000 кд и выше является ослепляющей. К качественным показателям освещенности относятся фон и контрастность, видимость, показатель ослепленности и т.д.

Фон - это поверхность, которая примыкает к объекту (различие). Фон считается светлым при коэффициенте отражения с > 0,4; средним при с = 0,2-0,4; и темным при с < 0,2.

Контрастность характеризуется отношением яркостей рассматриваемого предмета и фона:



(2.4.5)

Контрастность освещения считается большой при > 0,5; средней при = 0,2-0,5; и малой при < 0,2.

Равномерность освещения характеризуется отношением минимальной освещенности к её максимальному значению в пределах всего помещения.

Естественное освещение

Естественное освещение является наиболее приемлемым человеку, поэтому помещения с постоянным пребыванием людей должны иметь в основном естественное освещение. Естественное освещение осуществляется через оконные, дверные проемы, через фонари, прозрачные кровли. Поэтому оно подразделяется на (рис.2.4.2):

а) верхнее освещение - через световые фонари, прозрачные кровли;

б) боковое освещение - через окна;

в) комбинированное освещение - через окна и фонари, и т.д.

Критерием естественной освещенности является коэффициент естественной освещенности (КЕО или Е_Н), который представляет отношение естественной освещенности светом неба в некоторой точке заданной плоскости внутри помещения Е_вн к одновременному значению наружной горизонтальной освещенности, создаваемой светом полностью открытого небосвода Е_нар, и выражается в процентах:

(2.4.6)

Нормирование КЕО проводится согласно с требованиями СНиП ЙЙ-4-79 "Естественное и искусственное освещение. Нормы проектирования".

Согласно СНиП ЙЙ-4-79 при одностороннем боковом освещении критерием оценки является минимальное значение КЕО в точке, расположенной в 1 м от стены, наиболее удаленной от световых проемов, на пересечении вертикальной плоскости характерного разреза помещения и условной рабочей поверхности или пола. Под характерным разрезом помещения понимается поперечный разрез помещения, плоскость которого перпендикулярна к плоскости остекления световых проемов. В характерный разрез помещения должны попадать участки с наибольшим количеством рабочих мест. За условную рабочую поверхность принимается горизонтальная поверхность, расположенная на высоте 0,8 м от пола. При двустороннем боковом освещении критерием оценки является минимальное значение KЕO в середине помещения, в точке на пересечении вертикальной плоскости характерного разреза помещения и условной рабочей поверхности (пола).

При верхнем, боковом и комбинированном освещении нормируется среднее значение КЕО (табл. 2.4.1.).

Все параметры освещения определяются разрядом зрительной работы. Разряд зрительной работы при расстоянии от объекта различия до глаз работающего более 0,5 м определяется отношением минимального размера объекта различия (d) к расстоянию от этого объекта до глаз работающего (l). Под объектом различия понимается рассматриваемый предмет, отдельная его часть или дефект, которые требуется различать в процессе работ. Всего установлено восемь разрядов зрительной работы (табл. 2.4.1).

Нормированное значение KЕO (Е_н) принимается в зависимости от разряда зрительной работы, особенностей светового климата и солнечного климата.

Для зданий располагаемых в Й, II, ЙV и V поясах светового климата стран СНГ, в зависимости от вида освещения, боковое или верхнее нормированное значение КЕО (Е_н^б, Е_н^в) определяется по формуле:



или (2.4.7)

где m-коэффициент светового климата; с-коэффициент солнечности климата.

Значение Е_н^III находится по таблице 2.4.1; коэффициент светового климата (m) - по таблице 2.4.2; коэффициент солнечности климата (С) - по таблице 2.4.3. Неравномерность естественного освещения производственных и общественных зданий с верхним или с верхним и боковым освещением основных помещений для детей и подростков при боковом освещении не должна превышать 3:l.

Неравномерность естественного освещения не нормируется для помещений с боковым освещением при выполнении работ VЙЙ, VIII разрядов при верхнем и комбинированном освещении, для вспомогательных и общественных зданий ЙЙЙ и IV групп (п.1.2 СНиП ЙЙ-4-79). При проектировании зданий в ЙЙЙ и V климатических районах, где выполняются работы I - IV разрядов, необходимо предусматривать солнцезащитные устройства. При естественной освещенности помещений большое значение имеет уход за окнами и фонарями. Грязные стекла задерживают до 50% всего света. Поэтому должна производиться регулярная чистка стекол и побелка помещений. С незначительным выделением пыли чистки стекол производится через шесть месяцев, побелка - один раз в три года; в пыльных - четыре раза в год чистка и один раз в год побелка.

При проектировании зданий одной из важных задач является правильный расчет площади световых проемов при естественном освещении.

Если площадь световых проемов будет меньше требуемой, то это приведет к снижению освещенности и, как следствие, к снижению производительности труда, повышенной утомляемости работающих, заболеваниям и появлению травматизма.



Таблица 2.4.1. Нормирование коэффициента естественного освещения

Характеристика зрительной работы	Наименьший размер объекта различия, мм	Разряд зрительной работы	КЕО (Ен IV), %
			при верхнем и комбинированном освещении	при боковом освещении
				в зоне со стойким снеговым покровом	на остальной территории
1	2	3	4	5	6
Наивысшая точность	Меньше 0,15	I	9	2,8	3,2
Очень высокая точность	От 0,15 до 0,8	II	6,3	2,0	2,3
Высокая точность	Выше 0,3 до 0,5	III	4,5	1,6	1,8
Средняя точность	Выше 0,5 до 1,0	IV	3,2	1,2	1,4
Малая точность	Выше 1,0 до 5,0	V	2,7	0,8	0,9
Грубая (очень малая точность)	Больше 0,5	VI	1,8	0,4	0,5
Работа с материалами, которые светятся, и изделиями в горячих цехах	Больше 0,5	VII	2,7	0,8	0,9
Общие наблюдения за ходом производственного процесса: постоянное периодическое при постоянном нахождении людей периодическое при периодическом нахождении людей		VIII	0,9 0,6 0,4	0,2 0,2 0,1	0,3 0,2 0,1



Таблица 2.4.2. Значение коэффициента светового климата, m

Пояс светового климата	I	II	III	IV	V
Коэффициент светового климата	1,2	1,1	1,0	0,9	0,8

Таблица 2.4.3. Значение коэффициента солнечности климата, с

Пояс светового климата	При световых проемах, сориентированных по сторонам горизонта (азимут), град	При зенитных фонарях
	во внешних стенах строений	в прямоугольных и трапециидальных фонарях	в фонарях типа "шод"
	136… …225	226… …315; 46… …135	316… …45	69… …113; 249… …293	24… …68; 204… …248; 114… …158; 294… …338	159… …203; 339… …23	316… …45
1	2	3	4	5	6	7	8	9
I	0,9	0,95	1	1	1	1	1	1
II	0,85	0,9	1	0,95	1	1	1	1
III	1	1	1	1	1	1	1	1
IV а) севернее 50°с.ш. б) 50°с.ш. и южнее	0,75 0,7	0,8 0,75	1 0,95	0,85 0,8	0,9 0,85	0,95 0,9	1 0,95	0,9 0,85
V а) севернее 40°с.ш. б) 40°с.ш. и южнее	0,65 0,6	0,7 0,65	0,9 0,85	0,75 0,7	0,8 0,75	0,85 0,8	0,9 0,85	0,75 0,65



Рис. 2.4.3 Схема расчета световых проемов при естественном освещении

Для исправления допущенной ошибки необходимо дополнительно вводить искусственное освещение, что вызовет постоянные дополнительные расходы. Если площадь световых проемов будет больше, то потребуется постоянные дополнительные расходы на отопление зданий. Поэтому СНиП II-4-79 запрещает для отапливаемых зданий предусматривать площадь световых проемов больше, чем требуется по настоящим нормам (рис. 2.4.5). Установленные размеры световых проемов допускается изменять на +5, -10%.

Площадь световых проемов в свету рассчитывают

- при боковом освещении, м²:

(2.4.8)

- при верхнем освещении, м²:



(2.4.9)

где - нормированное значение КЕО;

S₀ и S_ф - площадь окон и фонарей;

S_п - площадь пола;

з₀ и з_ф - световые характеристики окна и фонаря (ориентировочно приняты для окон 8,0 - 15,0, для фонарей 3,0 - 5,0).

Световая характеристика окон (з_о) оценивается по таблице 26 с учетом характеристики помещения, а световая характеристика фонаря или светового проема (з_ф) - по таблицам 31 и 32 приложения 5 СНиП ЙЙ-4-79 с учетом характеристик помещения и фонарей.

Коэффициенты, учитывающие затенение окон противостоящими зданиями (К_зд), тип фонаря (К_ф) определяются по таблице 3 СНиП II-4-79; К_з - коэффициент запаса принимается по таблице 5.

При боковом освещении до проведения работ необходимо оценить отношение ширины (глубины) помещений (В) к расстоянию от уровня условной рабочей поверхности до верхнего края окна (h₁).

Общий коэффициент (рис.2.4.3.) светопропускания (ф₀), зависит от коэффициентов светопропускания материала (ф₁), коэффициентов, учитывающих потери света в переплетах светопроема (ф₂), потери света в несущих конструкциях (ф₃), потери света в солнцезащитных устройствах (ф₄), потери света в защитной сетке, устанавливаемой под фонарями (ф₅=0,9). Значения коэффициентов приведены в СНиП II-4-79 приложения 5 таблицы 28, 29.

Коэффициенты, которые учитывают повышение КЕО от отражения света (r₁ и r₂) находят по таблицам 30 и 33 приложения 5 СНиП ЙЙ-4-79 с учётом коэффициента отражения (с_ср) и характеристик помещения.

Чтобы правильно рассчитать площадь световых проемов (в свету) при боковом (S₀) или верхнем (S_ф) освещении, необходимо знать не только параметры проектируемого помещения, но и виды работ, для которых проектируется здание, в каком световом климате Украины или СНГ строится объект, взаимное расположение объектов.

ФИЗИОЛОГИЯ ВОСПРИЯТИЯ ЦВЕТА ЧЕЛОВЕКОМ

Для адекватного восприятия мира человеку природой были предоставлены пять органов чувств. Как известно из физиологии, каждое из этих чувств неоценимо по применению, но, наверное, каждый согласится, что зрение является самым главным из них.

Основой ориентирования человека в окружающем мире является цвет, который люди подсознательно уже давно причислили к материальным объектам. Но если глубоко задуматься и призвать на помощь научные данные, то окажется, что придется отказываться от привычных представлений о цвете.

Если изучать цвет с позиции классической физики, то можно узнать, что цвет -- это не только свойство поверхности, но и электромагнитное излучение с каким-либо спектральным составом. Однако такие сведения явно останутся недостаточными, потому что центром определения цвета все-таки должен оставаться человек. Именно психофизический фактор играет основную роль в восприятии цвета человеком.

Цветовое ощущение может вызываться не только каким-либо электромагнитным излучением от какого бы то ни было источника и поверхностью, но также сном, галлюцинациями и воспоминаниями.

Цвет -- ощущение, возникающее в головном мозге после того как он обработал сигнал, посланный сетчаткой глаза, возбужденной так называемым стимулом. Мозг может обработать сигнал, поступающий не только от органа зрения, но из собственных участков, таких, как, например, зоны памяти. Вообще, цвет -- эфемерное понятие, так как связано исключительно с «потребителем» (человеком, другим живым существом), подобно тому, как свет может существовать только при его движении. Понятия свет и цвет очень тесно связаны друг с другом. Только свет (часть излучения в диапазоне 370-770 нм, которую эффективно воспринимает глаз человека) может позволить нам вообще что-нибудь увидеть. В данном случае немаловажную роль в цветовосприятии играет источник освещения, как будет описано ниже.

Стоит отметить, и это на первый взгляд покажется обычному человеку странным, что все окружающие нас предметы бесцветны. Это становится ясным при рассмотрении механизма возникновения цветового ощущения (рис. 3.1).

Рис.3.1. Схема возникновения цветового ощущения

Существуют также другие факторы восприятия цвета человеком, которые обычно напрасно не принимаются в расчет, а именно: возраст, социальное положение, настроение, состояние здоровья, время года и многие другие. Все эти факторы, в комплексе с условиями наблюдения, должны учитываться для корректного отображения и, соответственно, восприятия цвета.

Основным приемником видимого излучения, как известно, является глаз. Рассмотрим механизм его работы. Основой восприятия видимого излучения являются светочувствительные клетки (фоторецепторы). Одни из них делают возможным цветовое зрение (колбочки), другие -- нейтрально-серое (палочки). В основе восприятия лежат биохимические реакции светочувствительных пигментов колбочек и палочек, которые под действием излучения подвергаются обратимым химическим изменениям, формирующим электрические сигналы, поступающие в мозг по черепномозговым нервам (nervi optici).

В колбочках есть 3 рецептора, реагирующих соответственно на красную, синюю и зеленую области спектра. А палочки отвечают еще и за так называемое сумеречное зрение (восприятие изображения в неполной темноте). В это время цветовое зрение частично отключается.

На восприятие цвета в равной степени влияет не только свойство поверхности поглощать часть спектра, а часть отражать, но и то, какой источник света используется. От его спектрального состава (цветовой температуры) зависит цвет видимой нами поверхности.[3]

ХАРАКТЕРИСТИКИ ЦВЕТА

Проблемами цвета с глубокой древности и до наших дней занимаются целый ряд научных дисциплин, каждая из которых изучает цвет с интересующей ее стороны. Физику, прежде всего, интересует энергетическая природа цвета, физиологию - процесс восприятия цвета человеком и превращения его в цвет, психологию - проблема восприятия цвета и воздействия его на психику, способность вызывать различные эмоции, биологию - значение и роль цвета в жизнедеятельности живых организмов и растений.

В современной науке о цвете важная роль принадлежит и математике, с помощью которой разрабатываются методы описания и измерения оттенков цвета. Имеется еще ряд научных дисциплин, изучающих роль цвета в более узких сферах человеческой деятельности, например, такие как полиграфия, химия лаков и красок, криминалистика и др. Совокупность всех этих наук, изучающих цвет определяют как область науки о цвете или цветоведение.

Действие на органы зрения излучений, длины волн которых находятся в диапазоне 400-700 нм, приводит к возникновению зрительных ощущений. Эти ощущения различаются, количественно и качественно. Физические свойства излучения - мощность и длина волны - тесно связаны со свойствами возбуждаемого им ощущения. Однако, хотя излучения и ощущения взаимосвязаны, эта связь сложная и подчиняется законам субъективного визуального восприятия светового излучения. Отсюда и деление параметров, характеризующих цвет, на объективные и субъективные.

Объективные характеристики цвета

Цвета всех спектральных излучений спектра видимого света располагаются в довольно коротком интервале длин волн излучения: от точки сине-фиолетового излучения с длиной волны 400 нм (нанометров) до точки красного излучения с длиной волны 700 нм.

Если рассматривать свет по волновой теории, то волна кроме длины имеет и вторую характеристику - мощность (амплитуда). Следовательно, из объективных характеристик цвета можно выделить его длины волны излучения и мощности излучения. Излучения, имеющие только одну длину волны, называют монохроматическими излучениями. В интервале длин волн видимого спектра монохроматические излучения определяют как спектральные цвета. Цвета двух монохроматических излучений видимого спектра, образующих белый свет, называют дополнительными цветами.

Мощность излучения для цвета определяется понятием "яркость". Мощность излучения можно рассматривать в двух плоскостях: 1) мощность излучения непосредственно от источника излучения и, 2) мощность излучения от объекта отражающий или пропускающий излучения другого источника. Поверхность и вещество объекта, как правило, меняет мощность и длину волны излучения. Следовательно, яркость - понятие объективное (физическое) и оно характеризуется количеством света, попадающего в глаз наблюдателя от объекта излучающего, пропускающего сквозь себя или отражающего свет.

Среди излучений сложного спектрального состава видимого света большое значение имеют те, которые образуют белый свет дневного освещения. Белый свет - суммарное излучение с одинаковым по мощности всех монохроматических излучений видимого спектра.

Между белыми и черными поверхностями лежит множество поверхностей, отражающих белый свет неполно от 99% до 1% падающего. Это множество образует ряд серых (ахроматических) цветов. Ряд ахроматических цветов представляет собой серая ступенчатая шкала, которую используют в полиграфии для контроля репродукционных процессов. Поля такой шкалы, полученной на черно-белой фотобумаге, различаются только по светлоте. Светлота - одна из субъективных характеристик видимого света.

Субъективные характеристики цвета

Характер ощущения цвета зависит как от суммарной реакции чувствительных к цвету рецепторов глаза (человека), так и от соотношения реакций каждого из трех типов рецепторов. Суммарная реакция чувствительных к цвету рецепторов глаза определяет светлоту цвета, а соотношение ее долей - цветовой тон. С изменением мощности изменяется светлота, а с изменением длины волны - визуально воспринимаемый цветовой тон и насыщенность цвета. Первоначальное представление о светлоте и цветового тона можно проиллюстрировать, поместив окрашенную поверхность частично на прямой солнечный свет, а частично - в тень. Обе части ее имеют одинаковый цветовой тон, но разную светлоту. Совокупность этих характеристик обозначается одним термином "цвет". Из приведенного примера можно сделать вывод, что качественные субъективные характеристики цвета это цветовой тон и насыщенность, а субъективная количественная характеристика - светлота.

Цветовой тон, насыщенность и светлота - это три субъективно воспринимаемых глаза признака хроматических цветов.

Цветовой тон - это субъективный признак цвета, который познается через ощущения и определяется словами - синий, зеленый, красный, желтый и т. д. Цветовой тон предметов, не являющимися источниками излучения, зависит от избирательного спектрального пропускания прозрачных предметов и избирательного спектрального отражения непрозрачных предметов, рассматриваемых в отраженном свете. Цветовой тон источника излучения в видимой области спектра определяется составом видимого спектра излучения. В нашем сознании цветовой тон ассоциируется с окраской хорошо знакомых предметов. Многие наименования цветов произошли прямо от объектов с характерным памятным цветом. Например, такие как малиновый, оранжевый (апельсиновый), вишневый, болотный, сиреневый, розовый, кроваво - красный и т. д. Наши ощущения субъективны и они зависят не только от спектрального излучения, отражения или пропускания, а также от тонкости восприятия, эмоционального состояния, профессионализма, тренированности, национальности и многих других факторов.

Насыщенность цвета - это второй субъективный признак цвета, характеризующий силу, интенсивность ощущения цветового тона. Среди ряда цветов одного тона, например среди синих цветов, можно выделить те, у которых сильнее выражен синий тон; и которые воспринимаются как ярко синими. Насыщенность цвета ассоциируется в нашем сознании с количеством красящего вещества, например, с его концентрацией в краске, а также с его чистотой. Например, увеличивая концентрацию красителя или, иначе говоря, насыщая им раствор, мы тем самым увеличиваем насыщенность цвета этого раствора. Увеличивая содержание пигмента в краске, мы также увеличиваем ее насыщенность.

...