Una sombra es una zona oscura donde la luz de una fuente de luz es bloqueada por un objeto. Ocupa todo el volumen tridimensional detrás de un objeto con luz delante de él. La sección transversal de una sombra es una silueta bidimensional o una proyección inversa del objeto que bloquea la luz.
Una fuente de luz puntual proyecta únicamente una sombra simple, llamada " umbra ". En el caso de una fuente de luz no puntual o "extendida", la sombra se divide en umbra, penumbra y antumbra . Cuanto más amplia sea la fuente de luz, más borrosa se vuelve la sombra. Si dos penumbras se superponen, las sombras parecen atraerse y fusionarse. Esto se conoce como el efecto de ampolla de sombra .
Los contornos de las zonas de sombra se pueden encontrar siguiendo los rayos de luz emitidos por las regiones más externas de la fuente de luz extendida. La región de la umbra no recibe luz directa de ninguna parte de la fuente de luz y es la más oscura. Un observador ubicado en la región de la umbra no puede ver directamente ninguna parte de la fuente de luz.
Por el contrario, la penumbra está iluminada por algunas partes de la fuente de luz, lo que le confiere un nivel intermedio de intensidad luminosa. Un observador situado en la región de penumbra verá la fuente de luz, pero está parcialmente bloqueada por el objeto que proyecta la sombra.
Si hay más de una fuente de luz, se producirán varias sombras, siendo más oscuras las partes superpuestas, y con diversas combinaciones de brillos o incluso colores. Cuanto más difusa sea la iluminación, más suaves y difusos se vuelven los contornos de las sombras hasta que desaparecen. La iluminación de un cielo nublado produce pocas sombras visibles.
La ausencia de efectos atmosféricos difusos en el vacío del espacio exterior produce sombras marcadas y claramente delimitadas por límites de alto contraste entre la luz y la oscuridad.
Para una persona u objeto que toca la superficie donde se proyecta la sombra (por ejemplo, una persona parada en el suelo o un poste en el suelo), las sombras convergen en el punto de contacto.
Una sombra muestra, aparte de la distorsión, la misma imagen que la silueta cuando se mira el objeto desde el lado del sol, de ahí la imagen especular de la silueta vista desde el otro lado.
Los nombres umbra, penumbra y antumbra se utilizan a menudo para las sombras proyectadas por los objetos astronómicos , aunque a veces se utilizan para describir niveles de oscuridad, como en las manchas solares. Un objeto astronómico proyecta sombras visibles para los humanos cuando su magnitud aparente es igual o inferior a -4. [2] Los únicos objetos astronómicos capaces de proyectar sombras visibles sobre la Tierra son el Sol , la Luna y, en las condiciones adecuadas, Venus o Júpiter . [3] [4] La noche es causada por el hemisferio de un planeta que mira hacia su estrella orbital bloqueando su luz solar.
La sombra que la Tierra proyecta sobre la Luna es un eclipse lunar . Por el contrario, la sombra que la Luna proyecta sobre la Tierra es un eclipse solar . [5]
El sol proyecta sombras que cambian drásticamente a lo largo del día. La longitud de una sombra proyectada sobre el suelo es proporcional a la cotangente del ángulo de elevación del sol (su ángulo θ en relación con el horizonte). Cerca del amanecer y el atardecer, cuando θ = 0° y cot(θ) = ∞, las sombras pueden ser extremadamente largas. Si el sol pasa directamente sobre la cabeza (solo es posible en lugares entre los trópicos de Cáncer y Capricornio), entonces θ = 90°, cot(θ) = 0 y las sombras se proyectan directamente debajo de los objetos.
Estas variaciones han ayudado durante mucho tiempo a los viajeros durante sus viajes, especialmente en regiones áridas como el desierto de Arabia . [6]
Cuanto mayor sea la distancia entre el objeto que bloquea la luz y la superficie de proyección, mayor será la silueta (se consideran proporcionales ). Además, si el objeto se está moviendo, la sombra proyectada por el objeto proyectará una imagen con dimensiones (longitud) que se expanden proporcionalmente más rápido que la propia velocidad de movimiento del objeto. El aumento de tamaño y movimiento también es cierto si la distancia entre el objeto de interferencia y la fuente de luz es menor. Eventualmente, esta velocidad puede exceder la velocidad de la luz. [7] Sin embargo, esto no viola la relatividad especial ya que las sombras no transportan ninguna información o momento.
Aunque el borde de una sombra parece "moverse" a lo largo de una pared, en realidad el aumento de la longitud de una sombra es parte de una nueva proyección que se propaga a la velocidad de la luz desde el objeto de interferencia. Dado que no hay comunicación real entre los puntos de una sombra (excepto por la reflexión o interferencia de la luz, a la velocidad de la luz), una sombra que se proyecta sobre una superficie de grandes distancias (años luz) no puede transmitir información entre esas distancias con el borde de la sombra. [8]
Los artistas visuales suelen ser muy conscientes de la luz de colores emitida o reflejada desde varias fuentes, que puede generar sombras multicolores complejas. El claroscuro , el esfumado y la silueta son ejemplos de técnicas artísticas que hacen un uso deliberado de los efectos de sombra. [9]
Durante el día, la sombra proyectada por un objeto opaco iluminado por la luz solar tiene un tono azulado. Esto sucede debido a la dispersión de Rayleigh , la misma propiedad que hace que el cielo parezca azul. El objeto opaco puede bloquear la luz del sol, pero no la luz ambiental del cielo, que es azul, ya que las moléculas de la atmósfera dispersan la luz azul de manera más efectiva. Como resultado, la sombra parece azulada. [10]
Una sombra ocupa un volumen tridimensional del espacio, pero normalmente no es visible hasta que se proyecta sobre una superficie reflectante. Una niebla ligera , una neblina o una nube de polvo pueden revelar la presencia tridimensional de patrones volumétricos en la luz y la sombra.
Las sombras de la niebla pueden resultar extrañas para los espectadores que no están acostumbrados a ver sombras en tres dimensiones. Una niebla fina es lo suficientemente densa como para ser iluminada por la luz que pasa a través de los huecos de una estructura o de un árbol. Como resultado, la trayectoria de la sombra de un objeto a través de la niebla se hace visible como un volumen oscurecido. En cierto sentido, estas líneas de sombra son lo inverso de los rayos crepusculares causados por los rayos de luz: son causadas por las sombras de los objetos sólidos.
Los diseñadores de iluminación y artistas visuales a veces utilizan niebla teatral y rayos de luz intensos para intentar resaltar aspectos tridimensionales de su trabajo.
A menudo, las sombras de las vallas de alambre y otros objetos similares se invierten (las áreas claras y oscuras se intercambian) a medida que se alejan del objeto. La sombra de una valla de alambre comenzará con rombos claros y contornos de sombras cuando toque la valla, pero gradualmente se irá difuminando. Finalmente, si la valla es lo suficientemente alta, el patrón de luz se convertirá en rombos de sombras y contornos de luz.
En fotografía, que consiste básicamente en registrar patrones de luz, sombra y color, los "luces" y las "sombras" son las partes más brillantes y más oscuras, respectivamente, de una escena o imagen. La exposición fotográfica debe ajustarse (a menos que se deseen efectos especiales) para permitir que la película o el sensor , que tienen un rango dinámico limitado , registren detalles en las luces sin que se desvanezcan, y en las sombras sin que se conviertan en áreas negras indiferenciadas.
En imágenes satelitales y fotografías aéreas tomadas verticalmente, los edificios altos pueden reconocerse como tales por sus largas sombras (si las fotografías no se toman en los trópicos alrededor del mediodía), mientras que estas también muestran más la forma de estos edificios.
El término sombra se utiliza a menudo para designar cualquier obstrucción o bloqueo, no solo aquellos relacionados con la luz. Por ejemplo, una sombra de lluvia es una zona seca que, con respecto a la dirección predominante del viento , se encuentra más allá de una cadena montañosa ; el terreno elevado impide que las nubes de lluvia entren en la zona seca. Una sombra acústica se produce cuando un sonido directo se ha bloqueado o desviado alrededor de una zona determinada.
Las sombras suelen aparecer en contextos míticos o culturales. A veces bajo una luz malévola, otras veces no. Algunas culturas creían que una sombra desatendida era similar a la de un fantasma. El nombre del miedo a las sombras es "sciofobia" o "esciafobia".
Chhaya es la diosa hindú de las sombras.
En heráldica , cuando una carga se muestra supuestamente "en la sombra" (la apariencia es la de una carga simplemente delineada en un tono neutro en lugar de tener uno o más tonos diferentes del campo en el que se coloca), se describe técnicamente como "umbrada". Supuestamente, solo un número limitado de cargas específicas pueden representarse de esa manera. [ cita requerida ]
Las sombras suelen estar asociadas a la oscuridad y al mal; en el folclore popular, al igual que las sombras que cobran vida, suelen ser seres malvados que intentan controlar a las personas que reflejan. La película Upside-Down Magic presenta un espíritu de sombra antagonista que posee a las personas.
Los antiguos egipcios suponían que una sombra, a la que llamaban šwt (cerrada), contenía algo de la persona que representaba porque siempre estaba presente. Por esta asociación, a las estatuas de personas y deidades a veces se las denominaba sombras.
En un comentario al Libro egipcio de los muertos (BD), el egiptólogo Ogden Goelet, Jr. analiza las formas de la sombra: "En muchos papiros y tumbas del BD, el difunto aparece representado saliendo de la tumba durante el día en forma de sombra, una silueta delgada, negra y sin rasgos de una persona. La persona en esta forma es, como diríamos nosotros, una mera sombra de su existencia anterior, pero aún así sigue existiendo. Otra forma que asume la sombra en el BD, especialmente en relación con los dioses, es una sombrilla de plumas de avestruz, un objeto que crearía una sombra". [11]
Científicos de la Universidad Nacional de Singapur presentaron un generador de energía por efecto sombra (SEG), que consiste en células de oro depositadas sobre una oblea de silicio adherida a una película de plástico. El generador tiene una densidad de potencia de 0,14 μW cm −2 en condiciones interiores (0,001 sol). [12]
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