Fargede skygger og blanding av farget lys

Newtons oppdagelse

Newtons spekter, D’Agoty, 1752. I 1665 skaffet Isaac Newton (1642–1726) seg et glassprisme og gjorde sitt kjente forsøk hvor han slapp en smal lysstripe inn på prismet og fikk et avlangt fargespekter på veggen. Først ble han forundret over spekterets langstrakte form, men skjønte etter hvert at dette skyldtes at det hvite lyset ble spaltet opp i sine enkelte fargekomponenter som ble ulikt avbøyd. Siden det røde lyset ble avbøyd minst og det fiolette lyset avbøyd mest, fikk spekteret den langstrakte formen. Newton hadde en forestilling om at lys var partikler med masse. De «røde» partiklene hadde størst masse og ble derfor avbøyd minst, mens de fiolette hadde minst masse og ble dermed avbøyd mest. Noe som harmonerte godt med hans mekaniske verdensbilde.

Newtons organisering av fargene i en fargesirkel, Newton, 1704. Siden sju var et hellig tall, slo han fast at spekteret inneholdt sju farger (rødt, oransje, gult, grønt, blått, indigo og fiolett). Han forsøkte også å spalte opp lyset ytterligere ved å sende én av fargene i spekteret inn på et nytt prisme for så å se hva han da fikk, men enkeltfargene lot seg ikke ytterligere spalte opp så langt han kunne se. Han kom derfor fram til at hvitt lys består av de nevnte sju fargene og at alle sju måtte være tilstede for å gi et rent hvitt lys. Med utgangspunkt i denne kunnskapen organiserte han fargene i en fargesirkel (se figur over). Han så for seg at der alle fargene møttes i midten, oppsto hvitt.

Det tok ikke lang tid etter at Newton hadde publisert sine funn i 1671, før han ble kontaktet av den nederlandske fysikeren Christian Huygens (1629–1695) som påsto at han bare trengte to farger for å få hvitt lys. Dette falt Newton tungt for hjertet, og han skrev tilbake at man aldri kunne få ordentlig hvitt lys med mindre man hadde alle sju fargene tilstede. Likevel modererte han seg noe mot slutten av livet og var ikke så skråsikker lenger.

Additiv fargeblanding

I dag bruker vi de tre lysfargene rød, grønn og blå for å blande oss fram til nesten alle tenkelige farger. Dette forutsetter at vi fritt kan endre intensiteten i de tre fargenes kulør (høy metning betyr at fargen har et skarpt og klart preg). Disse tre fargene kalles primærfargene for additiv fargeblanding, eller blanding av farget lys. Dersom vi tar en rød, en grønn og en blå lysstråle og lar disse overlappe som vist på figuren over, så vil vi få tre blandingsfarger som dannes av grønt og blått, rødt og blått og rødt og grønt. Disse kalles sekundærfargene for additiv fargeblanding og har fått navnene cyan, magenta og gul. (Cyan, magenta og gul regnes som primærfargene for blanding av pigmenter (maling).) Vi legger også merke til at vi får hvitt når vi blander alle tre. Vi skal nå vise tre måter å lage additiv fargeblanding på i klasserommet.

Overlapping av rød, grønn og blå lysstråle. Ill.: Nils Kr. Rossing

Lykt

Eksempel på en kraftig LED-lykt. En del små, kraftige LED-lykter har den egenskapen at lysstrålen fra lykta kan samles i en relativt jevnt belyst lyssirkel med skarpe kanter. Normalt leverer lykta hvitt lys, men det er lett å skru av fronten og legge inn et fargefilter av den typen du for eksempel kan kjøpe hos et læremiddelfirma. Bildet under viser lyset fra tre LED-lykter med henholdsvis rødt, grønt og blått filter. Bildet er tatt mot døra på en fryseboks i et mørkt rom. Bildet gir ikke blandingsfargene full rettferdighet. Merk at det er forskjell på hvor skarpe kanter ulike lykter gir.

Lys fra tre kraftige LED-lykter med henholdsvis rødt, grønt og blått filter viser blandingsfargene. Foto: Nils Kr. Rossing  

Overhead

En meget billig og enkel måte å eksperimentere med additiv fargeblanding på er å bruke en gammeldags overhead-projektor. Lag en overhead-transparent på datamaskinen med store fargede felter i rødt, grønt og blått. Skriv ut transparenten på en fargeskriver og legg den på overhead-projektoren. Snu projektoren mot klassen og gi tre elever i oppgave å «fange» hver sin farge med et speil slik at speilbildet av «sin» farge vises på en hvit vegg eller en white board. La speilbilder med forskjellige farger overlappe slik at fargene blandes.

En transparent med rødt, grønt og blått felt på en overhead kan brukes til å vise fargeblanding. Hver farge «fanges» av et speil, slik at speilbildet vises på skjermen. Ill.: Nils Kr. Rossing

RGBH-lykt

En RGBH-lykt består av fire lysdioder med fargene rød, grønn, blå og hvit. Lysdiodene orienteres slik at de overlapper. På den måten kan vi se blandingsfargene cyan, magenta og gul når fargene blandes to og to. Ved hjelp av lykta kan vi framkalle skygger med sekundærfargene (se bilde under). Siden lysdiodene er plassert til side for hverandre, så vil det oppstå ulike blandinger.

Ved hjelp av en RGBH-lykt kan vi framkalle skygger med sekundærfargene. Siden lysdiodene er plassert til side for hverandre, så vil det oppstå ulike blandinger. Foto: Nils Kr. Rossing

• Det hvite området er der hvor vi ikke har noen skygger, der overlapper alle tre primærfargene.
• I det svarte området skygger fingrene for lyset fra alle fargene, rød, grønn og blå.
• Der fingrene skygger for rødt og blått lys får vi en grønn skygge.
• Der fingrene skygger for blått og grønt lys får vi en rød skygge.
• Der fingrene skygger for rødt og grønt lys ser vi en blå skygge.
• Der fingrene bare skygger for rødt lys får vi en cyanfarget skygge som er en blanding av blå og grønn.
• Der fingrene bare skygger for blått lys får vi en gul skygge som er blanding av rød og grønn.
• Der fingrene bare skygger for grønt lys får vi en magentafarget skygge som er en blanding av blå og rød.

Additiv fargeblanding får vi når vi blander lysfarger. Utgangspunktet er en ubelyst vegg som vil oppfattes svart. Dersom vi legger til (adderer) lys med de tre primærfargene rød, grønn og blå, vil vi etter hvert få hvitt. Vi trenger derfor ikke alle regnbuens farger for å få hvitt. Vi trenger heller ikke Newtons sju farger for å få hvitt. Vi trenger bare mettede farger av rød, grønn og blå. Dersom vi reduserer metningen i de tre primærfargene vil vi kunne blande oss fram til de fleste fargene. Det er dette vi utnytter i fargeskjermer på PC-er og TV-er, hvor hvert bildepunkt er satt sammen av røde, grønne og blå (RGB-) felter med variabel lysstyrke (se bildet under).

I en fargeskjerm er hvert bildepunkt satt sammen av røde, grønne og blå felter med variabel lysstyrke. Foto: Nils Kr. Rossing

Komplementære farger

Huygens påsto at han klarte å lage hvitt lys ved hjelp av bare to farger. For å forstå hva Huygens gjorde, må vi se på de tre kryssende fargesirklene. Her ser vi at gult og blått lys gir hvitt lys. Men gult er satt sammen av rødt og grønt, vil noen si, hvilket er riktig. Men gul kan også eksistere som en ren farge som ikke er blandet (monokromatisk gul). Når to lysfarger blandes og vi ser hvitt, så sier vi at disse fargene er komplementære. Fra figuren på forrige side ser vi at også grønn og magenta er komplementære farger, likeså rød og cyan. Alle disse danner hvitt lys når de blandes. Det er faktisk øyet vårt som definerer hva som er komplementære farger.

Kanskje har vi alle litt forskjellige komplementære fargepar, bestemt av egenskapene til øyet vårt. Hvem vet?

Referanser

Rossing, N.K. (2012). Illusjoner – du tror det ikke når du har sett det, ViT forlag 2012
Newton, I (1704). Optics, 1704
D’Agoty, G. (1752). Observations l’Histoire Naturelle, 1752
PCCL (2005–2015). Physics and Chemistry by Clear Learning, www.physics-chemistry-interactive-flash-animation.com/optics_interactive/additive_color_model_mixing_synthesis.htm