¿Qué es una sombra? ¿Cómo se forma la sombra? 3 partes de una sombra

La sombra está formada por la obstrucción de la luz. La luz no dobla su camino de propagación si el tamaño del objeto que obstruye no es comparable a la longitud de onda de la luz. Por lo tanto, la sombra del objeto se formó como una imagen oscura (sin luz) debido a la obstrucción de los caminos de luz por parte de un objeto.

Índice del artículo

¿Qué es una sombra?

Una sombra se refiere a una silueta oscura real de una persona o un objeto opaco que se genera cuando el objeto o la persona obstruye la luz proveniente de una fuente de luz. En otras palabras, la sombra de un objeto es una imagen oscura formada por la obstrucción de la luz causada por el objeto.

Una sombra subyuga todo el volumen de luz tridimensional que se acerca a un objeto por detrás. Una sombra es la sección transversal de ese volumen de luz en forma de silueta bidimensional, o una proyección inversa de la persona o el objeto que obstruye la propagación de la luz en el espacio.

¿Cómo se forma la sombra?
Sombra que demuestra el efecto de inversión transversal. Fuente de imagen: CGP grisSombra de la puerta de la biblioteca británicaCC BY 2.0

¿Cómo se forma la sombra?

Sabemos que la luz se propaga en línea recta, es decir, la luz no dobla su trayectoria de propagación si el tamaño del objeto que obstruye no es comparable a la longitud de onda de la luz. Por lo tanto, cuando un objeto se interpone en el camino de la luz, obstruye la propagación de los rayos de luz. Esta obstrucción da como resultado la formación de una imagen oscura (sin luz) del objeto que se denomina sombra del objeto. Se requiere que el objeto sea opaco para que se produzca la formación de sombras.

Tamaño y forma de una sombra

El tamaño y la forma de la sombra de un objeto pueden depender de varios factores. Contrariamente a la creencia popular, la sombra no depende completamente del tamaño y la forma del objeto.

Sombra alargada de un hombre. Fuente de imagen: No se proporciona un autor legible por máquina. Timohummel asumido (basado en reclamos de derechos de autor)., Sombra del hombreCC BY-SA 3.0

Algunos factores de los que dependen el tamaño y la forma de una sombra son:

  • Ángulo del haz de luz que se propaga: El ángulo en el que cae la sombra es uno de los factores más importantes para determinar la forma y el tamaño de la sombra de un objeto. Cuando la luz cae normal u ortogonalmente, las sombras formadas tienen una longitud menor. Cuando aumenta el ángulo entre el haz de luz y el objeto, la sombra se alarga.
  • Temporadas: Las estaciones y el clima juegan un papel muy importante en la determinación de la forma, el tamaño y la nitidez de una sombra. En los veranos, durante un día soleado, las sombras que se forman son más nítidas y las sombras permanecen durante más tiempo. Si el tiempo está nublado, entonces podemos ver una formación de sombra tenue o nula, es decir, la nitidez de la sombra es menor. En los inviernos, las sombras se forman durante un período de tiempo menor.   
  • Posicionamiento de la fuente de luz: La forma y el tamaño de la sombra de un objeto se ven afectados por la posición de la fuente de luz. Por ejemplo, a menudo observamos que en un día soleado la forma y el tamaño de nuestras sombras cambian. Esto sucede porque la posición del sol cambia a lo largo del día, ya que parece moverse de este a oeste. Cuando el sol se coloca cerca del horizonte, las sombras que se forman son más largas en términos de longitud. Cuando el sol se coloca en lo alto del cielo, las sombras formadas tienen una longitud más corta. Este efecto de la posición del Sol sobre la formación de sombras se puede reproducir mediante luces móviles diseñadas artificialmente. Sin embargo, existe una diferencia entre ambos enfoques. En el caso de la luz solar, es la Tierra la que se mueve mientras el Sol permanece fijo. Pero en el caso de una fuente de luz, se hace que la fuente se mueva mientras el objeto permanece estacionario en su posición.  
  • El objeto: El límite principal de la forma de la sombra está determinado por el objeto que bloquea la luz. Por ejemplo, si el objeto es una bola, la sombra será circular u ovalada. Se formará una sombra rectangular o cuadrada en caso de que el objeto sea un libro o una caja. Para los humanos, la sombra se forma de acuerdo con la forma real del ser particular.  
  • Distancia entre el objeto y la superficie de proyección: Con el aumento de la distancia entre el objeto y la superficie de proyección aumenta el tamaño de la sombra o la silueta. Por tanto, se puede decir que los dos factores son proporcionales. Cuando el objeto se mueve, es probable que su sombra se expanda en términos de dimensiones más rápido que la velocidad de los movimientos del objeto.
  • Tipo de fuente de luz: El tipo de fuente de luz (grande, mediana o pequeña) determina la nitidez de la sombra formada. Si la fuente de luz es enorme como el sol, entonces el límite de la sombra es bastante nítido. Esta nitidez se reduce a medida que pasamos de la luz solar a una luz tubular. En caso de que la fuente de luz sea una pequeña linterna o un teléfono celular, las sombras que se forman son borrosas.

Preguntas frecuentes relacionadas con la formación de sombras

¿Cuáles son las diferentes partes de la sombra?

Partes de una sombra

  1. sombra
  2. penumbra
  3. antumbra

Echemos un vistazo a las tres partes de una sombra.

Partes de una sombra: Umbra, Penumbra, Antumbra. Fuente de imagen: QarnosDiagrama de umbra, penumbra y antumbra, marcado como dominio público, más detalles sobre Wikimedia Commons

¿Qué es una umbra?

Umbra:

La palabra "umbra" proviene de la palabra latina para "sombra". Umbra se refiere a la región más interna de la sombra que parece ser la más oscura. En otras palabras, una umbra representa la parte de la sombra donde la luz queda completamente obstruida por el cuerpo bloqueante. Si el observador se encuentra dentro de una umbra, es probable que perciba un eclipse total.

Para un cuerpo redondo que se obstruye alrededor de la fuente de luz, la umbra formada tiene la forma de un cono circular recto. Si intentamos ver el objeto y la fuente desde el vértice del cono, entonces los dos cuerpos parecerían tener el mismo tamaño. La distancia entre el ápice de la umbra y la Luna parece ser aproximadamente igual a la distancia de la Luna a la Tierra, es decir, aproximadamente 384,402 km o 238,856 millas. El diámetro de la Tierra es aproximadamente 3.7 veces el de la Luna, por lo tanto, la umbra varía respectivamente más allá de un estimado de 1.4 millones de km o 870,000 millas.

¿Qué es una penumbra?

Penumbra

La palabra penumbra se originó en la palabra latina "paene" que significa "casi o casi". La penumbra es una porción de la sombra de un objeto donde solo una cierta parte del haz de luz es obstruida por el cuerpo oclusivo. Un observador ubicado en la región de la penumbra ve solo un eclipse parcial. La penumbra a menudo se denomina correctamente como un subconjunto de la umbra, ya que representa la parte de la sombra que está formada por una parte de la fuente de luz oscurecida. Según la Instalación de Información Auxiliar y de Navegación de la NASA, la parte presente en la umbra también se encuentra dentro de la penumbra.

¿Qué es una antumbra?

Antumbra:

La palabra "antumbra" se originó en la palabra latina "ante" que significa "antes". La antumbra se refiere a la parte de la sombra desde la cual el objeto que obstruye parece estar colocado completamente dentro de la región central de la fuente de luz. Si un observador se coloca en la región de la antumbra, entonces puede ver un eclipse anular, es decir, un anillo de luz brillante que encierra el cuerpo eclipsante. Con la reducción de la distancia entre el observador y la fuente de luz, el tamaño relativo del cuerpo obstructor aumenta hasta el momento en que forma una umbra completa.

¿Cómo cambia la sombra con la variación durante el día?

  • La forma y el tamaño de la sombra de un objeto se ven afectados por la posición de la fuente de luz. Por ejemplo, a menudo observamos que en un día soleado la forma y el tamaño de nuestras sombras cambian. Esto sucede porque la posición del sol cambia a lo largo del día, ya que parece moverse de este a oeste. La longitud real de la sombra en el suelo es proporcional a la cotangente del ángulo de elevación del Sol (θ) con respecto al horizonte.
  • Durante la puesta y la puesta del sol, cuando el ángulo de elevación θ es igual a casi 0 ° y, por lo tanto, la cotangente del ángulo de elevación (θ) se vuelve igual a ∞. Como la longitud de la sombra es directamente proporcional a la cotangente del ángulo de elevación, podemos decir que en este caso las sombras son muy largas. Cuando el sol se encuentra directamente sobre su cabeza, es decir, la luz del sol cae normal u ortogonalmente sobre el objeto (esto es posible solo en la región entre el Trópico de Capricornio y el Trópico de Cáncer), entonces el ángulo de elevación se vuelve igual a 90 ° y cuna ( θ) = 0. En este caso, las sombras formadas son de menor longitud y se proyectan directamente debajo de los objetos en su mayoría.
  • Esta propiedad de las sombras ha demostrado ser muy útil para los viajeros que han recibido ayuda durante mucho tiempo. Especialmente cuando se viaja por regiones áridas como los desiertos, rutas marítimas, etc.
Sombra alargada. Fuente de imagen: Foto: Jonn Leffmann, Skugga - Ystad-2020CC BY 3.0

¿Cuál es el color de las sombras?

Los artistas visuales observan la generación de sombras multicolores complejas que generalmente surgen de la luz coloreada emitida o reflejada desde diferentes fuentes. Existen ciertos métodos artísticos que utilizan los efectos de las sombras para crear alguna forma de arte como el claroscuro, el sfumato y la silueta.

A menudo podemos observar que durante el día, la sombra de un objeto opaco iluminado por la luz del sol parece tener un tono azulado. La razón principal detrás de esto se debe a la dispersión de Rayleigh. El cielo parece ser de color azul debido a la misma propiedad. El objeto obstructivo opaco es capaz de bloquear la luz proveniente del sol. Sin embargo, no puede bloquear la luz ambiental del cielo que tiene un tinte azulado debido a la dispersión de la luz azul por las moléculas de la atmósfera de manera más efectiva. Ésta es la razón por la que las sombras parecen ser azules.

¿Cómo es que todavía hay sombras en la oscuridad?

  • Podemos observar la aparición de sombras en la oscuridad porque la luz está presente en lo que percibimos como oscuridad. La oscuridad es bastante subjetiva. Incluso durante la noche, que percibimos como oscura, hay luz de varias fuentes como las estrellas, la luna, las luces de la calle y las luces ambientales de la ciudad que se reflejan en las nubes, etc. Todas estas fuentes emiten luz que produce sombras tenues y difusas durante la noche. u oscuro.
  • Se puede decir que una sombra es un punto en una superficie donde la cantidad de luz es menor en comparación con la cantidad de luz del área que rodea ese punto. Con luz brillante, esta diferencia es más pronunciada, es decir, el contraste entre la sombra y el área circundante es mucho mayor y, por lo tanto, podemos ver claramente la formación de sombras.

¿Cuál es la velocidad de propagación de una sombra? ?

  • Con el aumento de la distancia entre el objeto y la superficie de proyección aumenta el tamaño de la sombra o la silueta. Por tanto, se puede decir que los dos factores son proporcionales. Cuando el objeto se mueve, es probable que su sombra se expanda en términos de dimensiones más rápido que la velocidad de los movimientos del objeto.
crédito de imagen: anónimo, Propagación de sombrasCC BY-SA 3.0
  • El aumento de tamaño y movimiento también es cierto si la distancia entre el objeto de interferencia y la fuente de luz es más cercana. Sin embargo, es incorrecto decir que la sombra de un objeto puede viajar a una velocidad más rápida que la velocidad de la luz, incluso si la distancia entre el objeto y la superficie de proyección es grande (como años luz). La pérdida de luz que se encarga de proyectar la sombra puede viajar hacia la superficie de proyección a la velocidad de la luz.
  • Aunque percibimos que el borde de la sombra viaja a lo largo de una pared, en realidad el aumento en la longitud de una sombra se debe a una nueva proyección que viaja a una velocidad igual a la velocidad de la luz del objeto interferente. Cabe señalar que la comunicación entre diferentes puntos en una sombra no existe excepto por el fenómeno de reflexión o interferencia de la luz que ocurre a la velocidad de la luz. Una sombra, que se proyecta sobre un área a grandes distancias (como años luz) no puede comunicar información entre las superficies a tales distancias con el borde de la sombra.

¿Qué son las inversiones de sombra? ?

A menudo podemos observar que las sombras de objetos como vallas encadenadas y otros objetos que tienen formas similares tienden a invertirse, es decir, se produce un intercambio entre las áreas claras y oscuras cuando el objeto se aleja de la superficie de la proyección. En objetos como cercas de tela metálica, al principio las sombras parecen ser como diamantes y el contorno de la sombra parece estar tocando la cerca, pero a medida que aumenta la distancia entre el objeto y la superficie de proyección de la sombra, la sombra parece difuminarse. .

Eventualmente, podemos observar que si la altura de la cerca no es suficiente, entonces el patrón de luz se movería hacia los diamantes de sombra y los contornos de luz.

¿Qué es una sombra de lluvia?

El término sombra de lluvia se usa para describir el lugar con la dirección del viento dominante, la elevación y otros factores que mantienen el área seca.

Credito de imagen :Meg StewartCC BY-SA 2.0, a través de Wikimedia Commons

El término "sombra" se utiliza con frecuencia para cualquier forma de obstrucción o bloqueo y no solo para la obstrucción de la luz. El término sombra de lluvia también se utiliza en ese contexto. En áreas donde la cantidad de lluvia recibida es baja o el área es muy seca, el término sombra de lluvia se usa para describir el lugar con la dirección del viento dominante, la elevación y otros factores que mantienen el área seca. Básicamente describe la escasez de lluvia en un área. Un uso similar del término sombra se ve en acústica. Una "sombra acústica" se refiere a un espacio o área donde la propagación del sonido directo está ocluida o bloqueada o desviada a otra área.

Numérico en sombras

P. Un hombre de 6 pies de altura proyecta una sombra que tiene una longitud de 12 pies. ¿Cuál sería la longitud de la sombra de un árbol de 8 pies en la misma superficie que la del hombre?

ans. Dado que el hombre y el árbol están en la misma superficie, deben estar enfrentados al mismo ángulo de elevación desde la fuente de luz. Como sabemos, la longitud de la sombra es proporcional a la cotangente del ángulo de elevación, podemos decir que

Cuna (θ) = 12/6 = L / 8

O, L = 16 pies

P. Un edificio que tiene una altura de 20 m proyecta una sombra en el suelo. Si el ángulo de elevación del sol es 53 °, calcule la longitud de la sombra.

Ans. Como sabemos, la longitud de la sombra es proporcional a la cotangente del ángulo de elevación, podemos decir que

Cuna (θ) = L / 20m

O, ¾ = L / 20

O bien, L = 15 m

Sobre Sanchari Chakraborty

Soy un estudiante entusiasta, actualmente invertido en el campo de la Óptica Aplicada y la Fotónica. También soy miembro activo de SPIE (Sociedad internacional de óptica y fotónica) y OSI (Sociedad óptica de India). Mis artículos tienen como objetivo sacar a la luz temas de investigación científica de calidad de una manera simple pero informativa. La ciencia ha ido evolucionando desde tiempos inmemoriales. Por lo tanto, intento aprovechar la evolución y presentarla a los lectores.

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