Albert.Einstein 5分鐘前:
我對你的未來充滿信心,以至於可能會,教導你,鞭策你,並至死不渝地陪伴你。話說每個人自出生起,
就一直有影子的陪伴。
有光的地方,就有陰影。
陰影指的是:
物體擋住光線時所形成的
四周有光中間無光的現象。
作為一個普遍的自然現象,
其在人類社會中有著形形色色的應用。
日晷的本意是太陽的影子。
其原理是:
利用太陽的投影方向來測定並劃分時刻。
晴天時,
被太陽照射的物體的影子不斷地變化。
一般來說,早晨的影子最長,隨著時間的推移,影子逐漸變短,一過中午又重新變長,可以據此來測定時刻。
以赤道式日晷為例,
其晷面平行於赤道面,
指針垂直晷面,
一天內,
太陽在星空背景下移動一度左右,
地球的固定點相對星空背景移動360度,
忽略太陽對星空背景的移動,
只取地球和太陽,
認為,
地球不動,
太陽繞地軸旋轉一周,
固定點相對太陽位置變化的角度
除以360度,乘以24小時,
就是時間間隔。
赤道式日晷由於指針平行於地球轉軸,
所以表刻是均勻的,可以用來計算時間。
(由於適用地域、角度、位置不同,日晷有各種分類。)
置於北京故宮博物院太和殿前的清朝赤道日晷。晷盤兩面都有刻度,分子、醜、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌、亥十二時辰,每個時辰又等分為「時初」、「時正」,這正是一日24小時。
赤道式日晷表
由於地球圍繞太陽公轉,
北回歸線以北的地方,
夏至的時候太陽到地球的最北方位置,
正午的時候影子最短,
冬至的時候太陽到最南方,
正午時刻影表最長。
春分和秋分的時候影子適中,
據此得出
春分、夏至、秋分、冬至
四個節氣影子的變化。
根據這個古人經過觀察製作了圭表,
能夠準確測知當前的時節,月份。
圭表
(當然,我們常說有光的地方就有陰影,在陰天或者晚上的時候,無論是日晷還是圭表都沒有了效果,此時漏刻、沙漏等計時工具應運產生。想看時間發展史戳這👉「今天,我想跟你聊聊時間撿……簡史」)
「天狗把月亮吃了」的傳說廣泛流傳在中國的民間歷史中。
日食,
是指月球運動到太陽和地球中間,
如果三者剛好處於一條直線上,
月球就會擋住太陽射向地球的光,
月球身後的黑影正好落到地球上,
這時發生日食現象。
月食現象的出現與此類似。
日食月食示意圖
大才子蘇軾說過:
人有悲歡離合,月有陰晴圓缺。
以地球為參考系,
由於太陽與月亮的相對運動,
不僅出現了日食月食這樣的奇異場景,
還有月亮的周期變化。
像這樣子~~~
滿月🌝
張弦月 🌔
上弦月🌓
峨眉月🌛
新月🌚
殘月🌘
下弦月🌗
張弦月🌖
此外,
由於太陽光🌞
全方位發光照射以及地球為實心球體,
造成地球在陽光照不到的一面產生陰影,
從而在整個地球生命界
產生白天和夜晚的區別,
人類的日升而作日落而息的習慣,
以及人造光的產生都與陰影息息相關。
影子是什麼顏色的?
黑色的比較常見🤔
由於投影面背後沒有光透過,
所以不會有光反射到人眼中,
人看不到陰影,所以陰影是黑色的。
但你見過彩色的影子麼🤓
人眼中光感受器細胞包含:
視錐,視杆細胞。
視杆細胞用於弱光下的辨形,
不能辨色。
(這就是為什麼晚上光暗的情況下看東西是黑白的原因)
視錐細胞用於感知色彩,
分為三類,
分別對紅、綠、藍三種光敏感,
這三種顏色正是三基色,
三種顏色可以混合成其他顏色。
三基色混色
人感受到物體的顏色是
通過物體發出的或者反射的光
進入到人眼被感知得到。
回到彩色影子的話題中來,
利用不同的光源照射同一個物體,
由於投影面在不同區域內顏色混合,
所產生的影子顏色也不同,
從而產生彩色影子這一現象。
原理示意
猜猜看,燈源是什麼顏色的?
陰影產生的原因是:
光沿直線傳播
以及物體的對光的透過率很低。
同時,由於三角形的相似條件:
平行於三角形一邊的直線和其他兩邊
(或兩邊的延長線)相交,
所構成的三角形與原三角形相似。
小孔成像,照相機,投影儀、
望遠鏡、皮影、電影
等等日常生活、娛樂、研究方面
都利用了這個原理。
(我們小學初中總是根據太陽影子計算旗杆高度的數學題也應用了這個🌝)
當然,
在醫學檢查中的X射線或者CT掃描
也是根據人體不同部位對光的透過率不同
通過影子判斷內部器官是否有病變。
此外還有應有這個🌝:
(當然,進一步的由於光的波粒二象性所產生的幹涉衍射現象我們在此不再細談。)
影子在日常中刷的存在感不所謂不強,
但是與此同時,
晚上寫作業的時候,
有燈光的情況下有影子字看不清?
醫生做手術的時候
陰影擋住了要下刀的部位?
針對影子本身的研究也就開始了。
物體的影子由於光透過的數量不同可以分為
本影和半影。
當有多個光源照射到同一個物體上時,
完全沒被光線照射到的地方叫做本影,
只有部分光源照射到的地方,
即半明半暗的地方叫做半影。
半影本影在日常中有許多體現,
人類之間相互接近會相互吸引,
你有沒有發現影子也是這個樣子?
當兩個物體的影子相互靠近時,
會發現其存在著相互吸引的現象😘
這也是由於半影效應導致的🤓
(可見問答欄目:「如何科學上天?| No.126」)
由於日常生活中常見的光源
都不是理想的點光源,
所以其會有模糊的明暗過渡交界區:
半影區。
隨著影子的靠近,
半影區疊加部分亮度變低,
接近本影,
看起來像是兩個影子相互靠近一樣。
影子靠近模擬圖
(聽說有光環的小天使們都是相互吸引的哦🤓)
半影本影在現實中的應用很多哦~~
專門用於手術中的無影燈
將發光強度很大的燈在燈盤上排列成圓形,
合成一個大面積的光源。
這樣,
就能從不同角度把光線照射到手術臺上,
既保證手術視野有足夠的亮度,
同時又不會產生明顯的本影。
無影燈
除此之外,
大家還可以想一想其他的應用,
比如說,
如何利用本影半影製造多個影分身~~~🤔
影子可用可玩可測可盤,
花式用途get到了嘛~
來試一試吧~