Sjaj (optika)

С Википедије, слободне енциклопедије
Odraz sjaja

Sjaj je optičko svojstvo koje pokazuje koliko dobro površina odbija svetlost u spekularnom (ogledalu sličnom) smeru. To je jedan od važnih parametara koji se koriste za opisivanje vizuelnog izgleda predmeta. Faktori koji utiču na sjaj su indeks prelamanja materijala, ugao upadne svetlosti i topografija površine.

Prividni sjaj zavisi od količine spekularne refleksije - svetlosti koja se od površine odbija u jednakoj količini i pod simetričnim uglom prema onom upadne svetlosti - u poređenju sa difuznim refleksijom - količinom svetlosti rasejane u drugim pravcima.

Teorija[уреди | уреди извор]

Spekularna i difuzna refleksija

Kada svetlost osvetli objekat, ona sa njim stupa u interakciju na više načina:

  • Apsorbuje se (to je u velikoj meri odgovorno za boju)
  • Prenosi se kroz njega (u zavisnosti od površinske prozirnosti i neprozirnosti)
  • Rasipa se od ili unutar njega (difuzna reflekcija, sumaglica i transmisija)
  • Spektakularno se reflektuje od njega (sjaj)

Varijacije u teksturi površine direktno utiču na nivo spekularne refleksije. Predmeti glatke površine, odnosno visoko polirani ili koji sadrže premaze sa fino dispergovanim pigmentima, izgledaju sjajno za oči zbog velike količine svetlosti koja se odbija u spekularnom smeru, dok hrapave površine ne odbijaju spekularnu svetlost, jer se svetlost rasipa u drugim pravcima i zbog toga izgledaju bezizražajno. Kvaliteti formiranja slike na ovim površinama su mnogo niži zbog čega se svi odsjaji čine zamućenim i iskrivljenim.

Tip materijala podloge takođe utiče na sjaj površine. Nemetalni materijali, i.e. plastika etc, proizvode viši nivo reflektovane svetlosti kada su osvetljeni pod većim uglom osvetljenja usled upijanja svetlosti u materijal ili difuznog rasipanja u zavisnosti od boje materijala. Metali ne trpe zbog ovog efekta proizvodeći veće količine refleksije pod bilo kojim uglom.

Fresnelova formula daje spekularnu reflektansu, , za nepolarizovano svetlo intenziteta , pod upadnim uglom , dajući intenzitet spekularno reflektovanog zraka intenziteta , dok je refraktivni indeks prelamanja površinskog uzorka .

Fresnelova jednačina data je na sledeći način:

Hrapavost površine[уреди | уреди извор]

Spekularni odraz svetlosti od grube površine

Hrapavost površine u mikrometarskom opsegu utiče na nivoe spekularne refleksije. Dijagram desno prikazuje refleksiju pod uglom na hrapavoj površini sa karakterističnom visinom hrapavosti . Razlika u putanji između zraka odbijenih od vrha i dna površinskih neravnina je:

Kada je talasna dužina svetlosti , fazna razlika je:

Ako je malo, dva zraka (pogledajte dijagram) su skoro u fazi i stoga se površina uzorka može smatrati glatkom. Ali kada je , tada zraci nisu u fazi i putem interferencije dolayi do međusobnog poništavanja. Nizak intenzitet spekularno reflektovane svetlosti znači da je površina hrapava i rasipa svetlost u drugim pravcima. Ako je proizvoljan kriterijum za glatku površinu , tada se zamenom u gornjoj jednačini dobija:

Ovo stanje glatke površine poznato je kao Rejlijev kriterijum hrapavosti.

Istorija[уреди | уреди извор]

Najranija istraživanja percepcije sjaja pripisuju se Ingersolu[1][2] koji je 1914. ispitivao efekat sjaja na papiru. Kvantitativnim merenjem sjaja pomoću instrumenata Ingersol je svoje istraživanje zasnovao na teoriji da je svetlost polarizovana u spekularnoj refleksiji, dok je difuzno odbijena svetlost nepolarizovana. Ingersolov „glarimetar“ imao je spekularnu geometriju sa uglovima upada i posmatranja od 57,5°. Korišćenjem ove konfiguracije sjaj je izmeren kontrastnom metodom koja je oduzela spekularnu komponentu od ukupne refleksije pomoću polarizacionog filtera.

U radu AH Pfunda iz 1930-ih,[3] sugerirano je da iako je spekularni sjaj osnovni (objektivni) dokaz sjaja, stvarni površinski sjajni izgled (subjektivni) odnosi se na kontrast između spekularne sjajnosti i difuzne svetlosti okolne površine (sada se naziva „kontrastni sjaj“ ili „odblesak”).

Ako se vizuelno uporede crno-bele površine iste sjajnosti, crna površina će uvek izgledati sjajnija zbog većeg kontrasta između spekularnog isticanja i crne okoline u poređenju sa belom površinom i okolinom. Pfund je takođe prvi sugerisao da je za pravilnu analizu sjaja potrebno više metoda.

Godine 1937. Hanter je u okviru svog istraživačkog rada o sjaju opisao šest različitih vizuelnih kriterijuma koji se pripisuju prividnom sjaju.[4] Sledeći dijagrami pokazuju vezu između upadnog snopa svetlosti, I, spekularno odbijenog snopa, S, difuzno odbijenog snopa, D i blisko spekularnog odbijenog snopa, B.

  • Spekularni sjaj - percipirana osvetljenost i sjaj vrhunaca

Spekularan sjaj

Definisano kao odnos svetlosti koja se odbija od površine pod jednakim, ali suprotnim uglom od upadnog na površinu.

  • Sjaj - percipirana sjajnost pri malim upadnim uglovima

Sheen

Definisan kao sjaj prim malim uglovima upada i posmatranja

  • Kontrastni sjaj - percipirana osvetljenost spekularno i difuzno reflektujućih područja

Contrast gloss

Definisano kao odnos spekularno reflektovane svetlosti prema difuzno odbijenoj normalnoj površini;

  • Odsustvo cvetanja - opažena oblačnost u odsjajima blizu spekularnog pravca

Absence of bloom

Definisano kao mera odsustva izmaglice ili mlečnog izgleda u blizini spekularno reflektovane svetlosti: izmaglica je inverzna odsustvu cveta

  • Izrazitost sjaja slike - prepoznaje se po različitosti slika odraženih na površinama

Distinctness of image gloss

Definisano kao oštrina spekularno reflektovane svetlosti

  • Sjaj površinske teksture - prepoznaje se zbog odsustva površinske teksture i površinskih mrlja

Definisano kao ujednačenost površine u pogledu vidljive teksture i nedostataka (pomorandžina kora, ogrebotine, inkluzije itd.)

Prema tome, površina može izgledati vrlo sjajno ako ima dobro definisanu spekularnu refleksiju pod spekularnim uglom. Percepcija slike koja se odražava na površini može se pogoršati ako se ne pojavi oštro, ili ako se čini da ima slab kontrast. Prvo karakteriše merenje izrazitosti slike, a drugo maglica ili kontrastni sjaj.

Gloss-samples

U svom radu Hanter je takođe primetio važnost tri glavna faktora u merenju sjaja:

  • Količina svetlosti koja se reflektuje u spekularnom pravcu
  • Količina i način na koji se svetlost širi oko spekularnog pravca
  • Promena spekularne refleksije sa promenom spekularnog ugla

Za svoja istraživanja on je koristio glosmetar sa spekularnim uglom od 45°, kao i većina prvih fotoelektričnih metoda tog tipa, ali su kasnije studije Hantera i Džda iz 1939. godine,[5] na većem broju uzoraka boje dovele do izvođenja zaključka da je geometrija od 60 stepeni bila je najpodesniji ugao kako bi se obezbedila najbliža korelacija sa vizuelnim posmatranjem.

Standardno merenje sjaja[уреди | уреди извор]

Standardizaciju u merenju sjaja predvodili su Hanter i ASTM (Američko društvo za testiranje i materijale) koji su proizveli ASTM D523 standardnu metodu ispitivanja za spekularni sjaj 1939. godine. To je uključivalo metodu za merenje sjaja pod spekularnim uglom od 60°. Kasnija izdanja Standarda (1951) uključivala su metode za merenje na 20° za ocenu završnih obloga visokog sjaja, razvijenih u kompaniji DuPont (Horning and Mory, 1947) i 85° (mat ili niski sjaj).

ASTM ima niz drugih standarda povezanih sa sjajem dizajniranih za primenu u određenim industrijama, uključujući staru metodu od 45° koja se danas uglavnom koristi za glaziranu keramiku, polietilen i druge plastične filmove.

Godine 1937. industrija papira usvojila je metodu spekularnog sjaja od 75°, jer je taj ugao najbolje razdvajao obložene papire za knjige.[6] Ovu metodu je 1951. godine usvojilo Tehničko udruženje celulozne i papirne industrije kao TAPPI metod T480.

U industriji lakova, merenja spekularnog sjaja vrše se prema međunarodnom standardu ISO 2813 (BS 3900, deo 5, UK; DIN 67530, Nemačka; NFT 30-064, Francuska; AS 1580, Australija; JIS Z8741, Japan, takođe ekvivalentno). Ovaj standard je u osnovi isti kao ASTM D523, iako je različito izrađen.

Studije poliranih metalnih površina i automobilskih obloga od eloksiranog aluminijuma iz šezdesetih godina,[7][8] koje su sprovil Tingl, Poter i Džordž doveli su do standardizacije merenja sjaja površina visokog sjaja putem goniofotometrije pod oznakom ASTM E430. U ovom standardu su takođe definisane metode za merenje različitosti sjaja slike i maglice refleksije.

Reference[уреди | уреди извор]

  1. ^ Ingersoll Elec. World 63,645 (1914), Elec. World 64, 35 (1915); Paper 27, 18 (Feb. 9, 1921), and U. S. Patent 1225250 (May 8, 1917)
  2. ^ Ingersoll R. S., The Glarimeter, “An instrument for measuring the gloss of paper”. J.Opt. Soc. Am. 5.213 (1921)
  3. ^ A. H. Pfund, ”The measurement of gloss“, J. Opt. Soc. Am. 20, 23.23 (1930)
  4. ^ Hunter, R. S., “Methods of determining gloss”, RP958 J. Res. NBS, Volume 18 (1937)
  5. ^ Judd, D B (1937), Gloss and glossiness. Am. Dyest. Rep. 26, 234–235
  6. ^ Institute of Paper Chemistry (1937); Hunter (1958)
  7. ^ Tingle, W. H., and Potter, F. R., “New Instrument Grades for Polished Metal Surfaces,” Product Engineering, Vol 27, March 1961.
  8. ^ Tingle, W. H., and George, D. J., “Measuring Appearance Characteristics of Anodized Aluminum Automotive Trim,” Report No. 650513, Society of Automotive Engineers, May 1965.

Literatura[уреди | уреди извор]

  • Koleske, J.V. (2011). „Part 10”. Paint and Coating Test Manual. USA: ASTM. ISBN 978-0-8031-7017-9. 

Spoljašnje veze[уреди | уреди извор]