Culori structurale

1. Introducere -date generale, definiții, principii fizice și exemple din viața de zi cu zi

Privindu-ne viața zilnică, observăm că nu ne-am putea desfășura activitățile fără lumină. Din punctul de vedere al fizicii vorbind, putem spune că „lumina ne colorează viața”. Însă pe langă clasicele culori cuprinse în seria ROGVAIV, întalnim și culori structurale.

Dacă vorbim despre culori structurale, indicat este să începem cu explicația noțiunii de „culoare” și de „culoare structurală”.

Căutând în DEX (Dicționarul Explicativ al Limbii Române), vom găsi următoarea definiție:

CULOÁRE, culori, s. f. 1. Însușire a luminii determinată de compoziția sa spectrală, care permite ochiului să perceapă în mod diferit radiațiile vizibile incidente pe retină, având aceeași intensitate, dar lungimi de undă diferite. - Proprietate a corpurilor de a absorbi inegal diferitele componente monocromatice ale luminii, modificând astfel compoziția luminii împrăștiate sau transmise de ele; aspectul colorat al corpurilor.(10)

Pornind de la această idee, culorile structurale sunt culorile pe care ochiul le percepe diferit în funcție de unghiul din care este privit același corp. Acest fenomen este numit iridiscență, fiind specific doar culorilor structurale.(8)

De exemplu, să considerăm un balon de săpun. Daca îl vom privi, spre exemplu din partea stângă, vom observa că are culoare roz. Dacă ne schimbăm poziția înspre dreapta, vom percepe o altă culoare (galben, să presupunem). Continuând să ne mișcăm în jurul balonului, vom sesiza multe alte culori și nuanțe.

În același mod putem observa culorile structurale pe fața inscripționabilă a unui Compact Disk. Luând un CD în mână și mișcându-l dreapta-stânga sau înainte-înapoi, vom observa cum o serie de culori diferite se succed.

2. Cuprins- explicarea fenomenelor optice, cazuri științifice, exemple din aria biologiei

Plantele, ca și animalele, își „obțin” culoarea în două mari moduri. Primul mod este cel în care culoarea este dată de pigmenți. Pigmenții au capacitatea de a absorbi anumite unde ale spectrului luminos și lasă restul undelor să fie reflectate. Astfel, atunci când percepem culoarea verde a unei frunze, clorofila conținută de aceasta a absorbit undele corespunzătoare culorii roșii și albastre, lasând să treacă doar pe cele corespunzătoare culorii verzi.

Cel de-al doilea mod este realizarea efectului culorilor structurale. Acesta a fost evidențiat mult mai bine la animale decât la plante, cu precădere în Clasa Insecta deoarece cuprinde o varietate considerabilă de specii la care se manifestă efectul de culori structurale, dar și la reptile și penajul păsărilor.(4)

La o observație simplă, chiar și pentru un ochi neexperimentat, se deduce faptul că pigmenții chimici apar mai puțin intens comparativ cu nuanțele culorilor structurale, care sunt percepute ca fiind foarte intense, „vii”.

Inițial, Robert Hook , interesat de modul în care penele păunilor își schimbă culoarea, descoperă în secolul al XVII-lea fenomenul de iridiscență. Deși teoria lui este contrazisă de Newton, apoi modificată de Young și alți fizicieni de-a lungul timpului, în cele din urmă s-a concluzionat că lumina are natură duală: are forma de undă, asfel explicându-se culorile, dar există și sub forma fotonilor.

Principiul după care funcționează perceperea acestor culori este interferența luminii.

Interferența constă în suprapunerea a două sau mai multe unde coerente (unde între care există relații constante în timp) într-o zonă oarecare din spațiu, astfel obținându-se o succesiune de maxime și minime de interferență, ulterior aces fenomen fiind perceput de ochi sub forma culorilor structurale.(4)(5)(8)

Cercetări recente arată că iridiscența are varii scopuri în lumea vie, de la comunicarea vizuală, informator cu privire la apartenența la specie, vârsta, pană la dimorfism sexual și rol în reproducere, însă poate fi observată și în materia anorganică ce ne înconjoară.

În urma realizării unui experiment cu suspensie de siliciu sedimentată și obținerea unui film subțire de cristal coloidal, s-a observat fenomenul de iridiscență. Culoarea siliciului este albă, iar soluția are culoare alb-opacă. În urma obținerii filmului și analizării lui, cercetătorii observă culorile structurale. Astfel, la un unghi de 0°, observatorul sesizează o culoare roz-roșu intensă. La unghiul de 45°, culoarea sesizată este verde, iar la unghiul de 90°(unghi în care undele incidente sunt nule), culoarea este alb-silicioasă. În urma calculelor, cercetătorii concluzionează că perceperea diferitelor culori stă în diferențele lungimilor de undă ce lovesc filmul format deasupra soluției de siliciu (intervalul lungimilor observate fiind cuprinse între 207 nm și 350 nm).(2)

În lumea plantelor, culoarea învelișului floral este crucială pentru înmulțire. Deci iridiscența are rol mai important în comunicarea interspecifică (plantă-insectă sau plantă- pasăre). La plante, iridiscența se manifestă și prin mimetism, planta încercând să copieze forma și culoarea femelei anumitor insecte sau păsări specifice polenizării.