A sombra é formada pela obstrução da luz. A luz não dobra seu caminho de propagação se o tamanho do objeto obstrutivo não for comparável ao comprimento de onda da luz. Portanto, a sombra do objeto se formou como uma imagem escura (sem luz) devido à obstrução dos caminhos da luz por um objeto.
Índice do Artigo
- O que é uma sombra?
- Como a sombra é formada?
- Tamanho e forma de uma sombra
- Diferentes partes da sombra
- O que é uma umbra?
- O que é uma penumbra?
- O que é uma antumbra?
- Como a sombra muda com a variação durante o dia?
- Qual é a cor das sombras?
- Como é que ainda há sombras no escuro?
- Velocidade de propagação de uma sombra
- Inversões de sombra
- O que é uma sombra de chuva?
- Numérico nas sombras
O que é uma sombra?
Uma sombra se refere a uma silhueta real escura de uma pessoa ou um objeto opaco que é gerado quando o objeto ou pessoa obstrui a luz proveniente de uma fonte de luz. Em outras palavras, a sombra de um objeto é uma imagem escura formada pela obstrução da luz causada pelo objeto.
Uma sombra subjuga todo o volume tridimensional de luz que se aproxima de um objeto por trás. Uma sombra é a seção transversal desse volume de luz na forma de uma silhueta bidimensional, ou uma projeção inversa da pessoa ou do objeto que obstrui a propagação da luz no espaço.
Como a sombra é formada?
Sabemos que a luz se propaga em linha reta, isto é, a luz não curva seu caminho de propagação se o tamanho do objeto obstrutivo não for comparável ao comprimento de onda da luz. Portanto, quando um objeto fica no caminho da luz, ele impede a propagação dos raios de luz. Essa obstrução resulta na formação de uma imagem escura (sem luz) do objeto que é denominada como a sombra do objeto. O objeto deve ser opaco para que ocorra a formação da sombra.
Tamanho e forma de uma sombra
O tamanho e a forma da sombra de um objeto podem depender de vários fatores. Ao contrário da crença popular, a sombra não depende inteiramente do tamanho e da forma do objeto.
Alguns fatores dos quais o tamanho e a forma de uma sombra dependem são:
- Ângulo do feixe de luz de propagação: O ângulo em que a sombra incide é um dos fatores mais importantes para determinar a forma e o tamanho da sombra de um objeto. Quando a luz incide normalmente ou ortogonalmente, as sombras formadas têm um comprimento menor. Quando o ângulo entre o feixe de luz e o objeto aumenta, a sombra se alonga.
- Temporadas: As estações do ano e o clima desempenham um papel muito importante na determinação da forma, tamanho e nitidez de uma sombra. No verão, durante um dia de sol forte, as sombras formadas são mais nítidas e permanecem por mais tempo. Se o tempo estiver nublado, podemos ver a formação de sombras tênues ou sem sombra, ou seja, a nitidez da sombra é menor. No inverno, as sombras são formadas por um período menor de tempo.
- Posicionamento da fonte de luz: A forma e o tamanho da sombra de um objeto são afetados pelo posicionamento da fonte de luz. Por exemplo, frequentemente observamos que em um dia ensolarado a forma e o tamanho de nossas sombras mudam. Isso acontece porque o posicionamento do sol muda ao longo do dia, pois parece se mover de leste para oeste. Quando o sol está posicionado próximo ao horizonte, as sombras formadas são mais longas em termos de comprimento. Quando o sol está posicionado bem alto no céu, as sombras formadas têm um comprimento menor. Este efeito da posição do Sol na formação da sombra pode ser replicado por luzes móveis projetadas artificialmente. No entanto, há uma diferença entre as duas abordagens. No caso da luz solar, é a Terra que se move enquanto o Sol permanece fixo. Mas, no caso de uma fonte de luz, a fonte é movida enquanto o objeto permanece estacionário em sua posição.
- O objeto: O limite primário da forma da sombra é determinado pelo objeto bloqueando a luz. Por exemplo, se o objeto for uma bola, a sombra será circular ou oval. Uma sombra retangular ou quadrada será formada caso o objeto seja um livro ou uma caixa. Para os humanos, a sombra se forma de acordo com a forma real do ser em particular.
- Distância entre o objeto e a superfície de projeção: Com o aumento da distância entre o objeto e a superfície de projeção, o tamanho da sombra ou da silhueta aumenta. Portanto, pode-se dizer que os dois fatores são proporcionais. Quando o objeto se move, é provável que sua sombra se expanda em termos de dimensões mais rapidamente do que a velocidade dos movimentos do objeto.
- Tipo de fonte de luz: O tipo de fonte de luz (grande, média ou pequena) determina a nitidez da sombra formada. Se a fonte de luz for enorme como o sol, então a fronteira da sombra é bastante nítida. Essa nitidez reduz à medida que passamos da luz do sol para a luz do tubo. No caso de a fonte de luz ser uma pequena tocha ou telefone celular, as sombras formadas são borradas.
Perguntas frequentes relacionadas à formação de sombras
Quais são as diferentes partes da sombra?
Partes de uma sombra
- sombra
- penumbra
- antumbra
Vamos dar uma olhada nas três partes de uma sombra.
O que é uma umbra?
Umbra:
A palavra “umbra” vem da palavra latina para “sombra”. Umbra se refere à região mais interna da sombra que parece ser a mais escura. Em outras palavras, uma umbra representa a parte da sombra onde a luz é totalmente obstruída pelo corpo de bloqueio. Se o observador estiver localizado dentro de uma umbra, é provável que ele perceba um eclipse total.
Para um corpo redondo que se obstrui em torno da fonte de luz, a umbra formada tem a forma de um cone circular reto. Se tentarmos ver o objeto e a fonte do vértice do cone, os dois corpos parecerão ter o mesmo tamanho. A distância entre o ápice da umbra e a Lua parece ser aproximadamente igual à distância da Lua à Terra, ou seja, cerca de 384,402 km ou 238,856 milhas. O diâmetro da Terra é cerca de 3.7 vezes o da Lua, portanto, a umbra varia, respectivamente, além de cerca de 1.4 milhões de km ou 870,000 milhas.
O que é uma penumbra?
Penumbra
A palavra penumbra originou-se da palavra latina “paene” que significa “quase ou quase”. A penumbra é uma parte da sombra de um objeto onde apenas uma certa parte do feixe de luz é obstruída pelo corpo de oclusão. Um observador localizado na região da penumbra vê apenas um eclipse parcial. A penumbra é freqüentemente denominada corretamente como um subconjunto da umbra, pois representa a parte da sombra que é formada por alguma parte da fonte de luz que está obscurecida. De acordo com o Serviço de Navegação e Informações Ancilares da NASA, a porção presente na umbra também está dentro da penumbra.
O que é uma antumbra?
Antumbra:
A palavra “antumbra” originou-se da palavra latina “ante” que significa “antes”. A antumbra se refere à parte da sombra da qual o objeto obstrutivo parece estar colocado completamente dentro da região central da fonte de luz. Se um observador for colocado na região de antumbra, ele poderá ver um eclipse anular, ou seja, um anel de luz brilhante envolvendo o corpo eclipsante. Com a redução da distância entre o observador e a fonte de luz, o tamanho relativo do corpo obstrutivo aumenta até o momento em que se forma uma umbra completa.
Como a sombra muda com a variação durante o dia?
- A forma e o tamanho da sombra de um objeto são afetados pelo posicionamento da fonte de luz. Por exemplo, frequentemente observamos que em um dia ensolarado a forma e o tamanho de nossas sombras mudam. Isso acontece porque o posicionamento do sol muda ao longo do dia, pois parece se mover de leste para oeste. O comprimento real da sombra no solo é proporcional à cotangente do ângulo de elevação do Sol (θ) em relação ao horizonte.
- Durante o pôr do sol e o pôr do sol, quando o ângulo de elevação θ é igual a quase 0 ° e, portanto, a cotangente do ângulo de elevação (θ) torna-se igual a ∞. Como o comprimento da sombra é diretamente proporcional à cotangente do ângulo de elevação, podemos dizer que neste caso as sombras são muito longas. Quando o sol está localizado diretamente acima, ou seja, a luz do sol incide normalmente ou ortogonalmente sobre o objeto (isso é possível apenas na região entre o Trópico de Capricórnio e o Trópico de Câncer), então o ângulo de elevação torna-se igual a 90 °, e cot ( θ) = 0. Neste caso, as sombras formadas são menores em comprimento e são projetadas diretamente abaixo dos objetos, principalmente.
- Esta propriedade das sombras provou ser muito útil para viajantes com muito auxílio. Especialmente ao viajar por regiões áridas, como desertos, rota marítima, etc.
Qual é a cor das sombras?
A geração de sombras multicoloridas complexas é observada por artistas visuais que geralmente surgem de luz colorida emitida ou refletida de diferentes fontes. Existem certos métodos artísticos que usam os efeitos de sombras para criar alguma forma de arte, como claro-escuro, sfumato e silhueta.
Muitas vezes podemos observar que durante o dia, a sombra de um objeto opaco iluminado pela luz solar parece ter uma tonalidade azulada. A principal razão por trás disso é devido ao espalhamento de Rayleigh. O céu parece ser azul devido à mesma propriedade. O objeto opaco obstrutivo é capaz de bloquear a luz que vem do sol. No entanto, ele não pode bloquear a luz ambiente do céu que tem um tom azulado devido à dispersão da luz azul pelas moléculas da atmosfera de forma mais eficaz. Esta é a razão pela qual as sombras parecem ser azuis.
Como é que ainda há sombras no escuro?
- Podemos observar o aparecimento de sombras no escuro porque a luz está presente no que percebemos como escuro. A escuridão é bastante subjetiva. Mesmo durante a noite, que percebemos ser escura, há luz de várias fontes como estrelas, a lua, luzes da rua e luzes ambientais da cidade refletindo nas nuvens, etc. Todas essas fontes emitem luz que produz sombras difusas e difusas durante a noite ou escuro.
- Pode-se dizer que uma sombra é um ponto em uma superfície onde a quantidade de luz é menor em comparação com a quantidade de luz na área ao redor desse ponto. Na luz forte esta diferença é mais pronunciada, ou seja, o contraste entre a sombra e a área circundante é muito maior e, portanto, podemos ver claramente a formação da sombra.
Qual é a velocidade de propagação de uma sombra ?
- Com o aumento da distância entre o objeto e a superfície de projeção, o tamanho da sombra ou da silhueta aumenta. Portanto, pode-se dizer que os dois fatores são proporcionais. Quando o objeto se move, é provável que sua sombra se expanda em termos de dimensões mais rapidamente do que a velocidade dos movimentos do objeto.
- O aumento de tamanho e movimento também é verdadeiro se a distância entre o objeto de interferência e a luz fonte estão mais próximos. No entanto, é errado dizer que a sombra de um objeto pode viajar a uma velocidade maior que a velocidade da luz, mesmo que a distância entre o objeto e a superfície de projeção seja grande (como anos-luz). A perda de luz que é responsável por projetar a sombra pode viajar em direção à superfície de projeção na velocidade da luz.
- Embora percebamos que a borda da sombra se desloca ao longo de uma parede, na realidade o aumento no comprimento de uma sombra se deve a uma nova projeção que viaja a uma velocidade igual à velocidade da luz do objeto interferente. Deve-se notar que a comunicação entre diferentes pontos em uma sombra não existe, exceto para o fenômeno de reflexão ou interferência da luz que ocorre na velocidade da luz. Uma sombra, que é projetada sobre uma área a grandes distâncias (como anos-luz), é incapaz de comunicar informações entre as superfícies a tais distâncias com a borda da sombra.
O que são inversões de sombra ?
Muitas vezes podemos observar que as sombras de objetos como cercas com correntes e outros objetos com formas semelhantes tendem a se inverter, ou seja, ocorre uma troca entre as áreas claras e escuras quando o objeto se afasta da superfície da projeção. Em objetos como cercas de arame, a princípio as sombras parecem diamantes e o contorno da sombra parece estar tocando a cerca, mas conforme a distância entre o objeto e a superfície de projeção da sombra aumenta, a sombra parece borrada .
Eventualmente, podemos observar que, se a altura da cerca não for suficiente, o padrão de luz se moverá em direção aos diamantes de sombra e contornos de luz.
O que é uma sombra de chuva?
O termo sombra de chuva é usado para descrever o local com a direção dominante do vento, altitude e outros fatores que mantêm a área seca.
O termo “Sombra” é freqüentemente usado para qualquer forma de obstrução ou bloqueio e não apenas a obstrução da luz. O termo sombra de chuva também é usado nesse contexto. Em áreas onde a quantidade de chuva recebida é baixa ou a área é muito seca, o termo sombra de chuva é usado para descrever o local com a direção dominante do vento, altitude e outros fatores que mantêm a área seca. Basicamente, descreve a escassez de chuva em uma área. Um uso semelhante do termo sombra é visto na acústica. Uma "sombra acústica" se refere a um espaço ou área onde a propagação do som direto é obstruída, bloqueada ou desviada para outra área.
Numérico nas sombras
P. Um homem de 6 pés de altura projeta uma sombra com comprimento de 12 pés. Qual seria o comprimento da sombra de uma árvore de 8 pés na mesma superfície que a do homem.
Ans. Uma vez que o homem e a árvore estão na mesma superfície, eles devem estar voltados para o mesmo ângulo de elevação da fonte de luz. Como sabemos, o comprimento da sombra é proporcional à cotangente do ângulo de elevação, podemos dizer que
Cot (θ) = 12/6 = L / 8
Ou, L = 16 pés
P. Um edifício com 20 m de altura projeta uma sombra no chão. Se o ângulo de elevação do sol é 53 °, encontre o comprimento da sombra.
Resp. Como sabemos, o comprimento da sombra é proporcional à cotangente do ângulo de elevação, podemos dizer que
Cot (θ) = L / 20m
Ou, ¾ = L / 20
Ou, L = 15m
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