LUNGHEZZE D'ONDA DELLA LUCE E LA PERCEZIONE DEI COLORI

ę Rodolfo Calanca, 2003

 

NOTE DI  Rodolfo Calanca

 

1. LUNGHEZZE D'ONDA DELLA LUCE E LA PERCEZIONE DEI COLORI

 

L'occhio umano Ŕ sensibile  solamente  alle  onde  elettromagnetiche  con  lunghezze d'onda comprese tra 400 e 700 nm (spettro visibile).

Questo intervallo  di  lunghezze  d'onda costituisce una porzione assai piccola dell'intero spettro delle onde elettromagnetiche. Per confronto, possiamo vedere che l'intervallo di sensibilitÓ alla luce in molti animali Ŕ notevolmente diverso dal nostro.  Per esempio, gli occhi delle api sono sensibili alle lunghezze d'onda nell'intervallo da 300 a 650 nm (anche una porzione dell'ultravioletto vicino) e sono quindi in grado di rilevare "colori" a noi sconosciuti.

E' di fondamentale importanza premettere che le sostanze o gli oggetti del mondo reale non sono per˛ colorati di per se stessi. I corpi che ci circondano hanno la facoltÓ di emettere, riflettere o di trasmettere onde elettromagnetiche di  diversa  lunghezza  d'onda  e  di  diversa intensitÓ, tali da stimolare il nostro sistema sensoriale e provocare la visione dei colori.

Adottiamo  qui  la  definizione  di colore formulata dal  Comitato  sulla Colorimetria della Optical Society of America: " Il colore consiste nelle caratteristiche  della  luce  diverse  dalle  inomogeneitÓ  spaziali  e temporali; la luce essendo quell'aspetto dell'energia raggiante di cui l'osservatore umano ha conoscenza attraverso la sensazione visiva che nasce dalla stimolazione della retina dell'occhio".

Per caratteristiche della luce si intendono tre parametri, che saranno specificati in dettaglio nel seguito, il primo dei quali Ŕ connesso alla  capacitÓ  della  luce  di  provocare  la  sensazione  di luminositÓ;  il  secondo  e  il  terzo  esprimono  invece  la  sensazione cromatica percepita dal sistema visivo ed espressa dalla lunghezza d'onda dominante e dalla purezza del colore.

L'insieme dei tre parametri costituisce gli attributi del colore.

Si dice che un oggetto ha un determinato colore quando, illuminato da una luce considerata bianca (ad esempio la luce del sole) ed osservato in determinate condizioni standard, provoca nell'osservatore una "percezione cromatica".  Qualsiasi luce che non contenga tutte le radiazioni monocromatiche nella proporzione della luce solare Ŕ percepita come colorata.  L'occhio umano, illuminato da luce monocromatica di varia lunghezza d'onda, percepisce i seguenti colori (fig. 1):

 

- da 400 a 430 nm: zona del violetto;

 

- da 430 a 490 nm: zona del blu nelle sue seguenti tonalitÓ intermedie:

da 430 a 465 nm : indaco

da 466 a 482 nm : blu

da 483 a 490 nm : blu verdastro

 

- da 491 a 560 nm: zona del verde nelle sue seguenti tonalitÓ intermedie:

da 490 a 498 nm : verde bluastro

da 499 a 530 nm : verde

da 531 a 560 nm : verde giallastro

 

- da 561 a 580 nm: zona del giallo nelle sue seguenti tonalitÓ intermedie:

da 561 a 570 nm : giallo-verde

da 571 a 575 nm : giallo citrino

da 576 a 580 nm : giallo

 

- da 581 a 620 nm:  zona dell'arancione nelle sue seguenti tonalitÓ intermedie :

da 581 a 586 nm: arancione giallastro

da 587 a 596 nm : arancione

da 597 a 620 nm : arancione rossastro

 

- da 620 a 700 nm :  zona del rosso nelle sue tonalitÓ intermedie:

                 da 621 a 680 nm : rosso

                 da 681 a 700 nm : rosso profondo

 

A questo punto Ŕ lecito chiedersi come sia possibile stabilire, in modo sperimentale, che la luce solare effettivamente contenga tutte le lunghezze d'onda che provocano la sensazione cromatica.

La risposta Ŕ stata data tre secoli fa da Newton con le sue fondamentali esperienze sul fenomeno della dispersione della luce.

Il grande scienziato inglese scoprý che, quando un raggio di luce solare entra in un prisma di vetro, le componenti cromatiche associate alle lunghezze d'onda subiscono una rifrazione che Ŕ diversa per ciascuna di esse (fig. 2).

Possiamo notare infatti che ogni colore subisce, all'interno del prisma, una deviazione dalla propria direzione di marcia che risulta essere tanto maggiore quanto pi¨ piccola Ŕ la lunghezza d'onda ad essa associata.

Quindi il rosso, che ha la lunghezza d'onda maggiore, Ŕ deviato molto meno del violetto.

L'effetto finale di questo fenomeno di dispersione nelle sue componenti cromatiche fondamentali pu˛ essere direttamente osservato su di uno schermo posto dopo il prisma: la luce sarÓ dispersa, colore per colore, su una vasta zona.

E' molto interessante vedere come sia possibile ricombinare i colori ottenuti dalla dispersione con il prisma per tornare alla condizione iniziale di luce bianca.

Per ottenere questo effetto basta porre in prossimitÓ del piano di formazione dello spettro un secondo prisma uguale al primo ma capovolto, il quale ricompone i colori restituendo il fascio iniziale di luce bianca. Sebbene i colori dispersi dal prisma siano virtualmente infiniti, in quanto possiamo pensare di suddividere l'intervallo di lunghezze d'onda tra 400 e 700 nm in intervalli piccoli a piacere, la sensazione visiva per l'occhio pu˛ essere ridotta alle sei famiglie di colori principali descritte e illustrate in fig. 1: violetto, azzurro, verde, giallo, arancione e rosso, che sono detti  colori puri o spettrali.

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