La diffrazione rende sfocata l'ombra di un albero

La diffrazione non è ciò che rende sfocata l'ombra di un albero. Le ombre degli alberi, edifici, e altri oggetti esterni sono resi sfocati dal fatto che il sole è una fonte di luce estesa. Sebbene la diffrazione possa rendere le ombre sfocate, per oggetti di dimensioni umane a lunghezze d'onda visibili della luce, la diffrazione della luce è piccola.

Guarda attentamente l'ombra di un albero proiettata sull'erba, la tua mano gettata sul marciapiede, o un recinto gettato su un muro lontano. Ogni ombra ha la forma generale dell'oggetto che proietta l'ombra, ma i bordi delle ombre non sono nitidi. Piuttosto, i bordi dell'ombra sono sfocati o sfocati. Più l'ombra è lontana dall'oggetto che crea l'ombra, più l'ombra diventa sfocata. Per esempio, allontana la mano dalla sua ombra sul marciapiede, e l'ombra diventa più un blob. Se la luce viaggiasse solo in linee perfettamente diritte e c'erano solo fonti di luce puntiformi, tutte le ombre sarebbero perfettamente nitide perché la luce raggiungerebbe un punto e poi non raggiungerebbe un punto proprio accanto ad esso. Ci sono quindi due effetti che sfocano le ombre: 1) la luce non viaggia solo in linea retta, ma può piegarsi dietro gli angoli (“diffrazione”), e 2) la luce non proviene solo da sorgenti puntiformi.

Il sole non è una fonte di luce puntiforme. Piuttosto, il sole ha una forma estesa con una larghezza finita. La luce generata dal sole emana da diversi punti nello spazio lungo la superficie del sole. Questo concetto può essere meglio compreso guardando il diagramma sottostante. La luce proveniente da un lato del sole può raggiungere le aree ombreggiate dalla luce dell'altro lato del sole. allo stesso modo, la luce dall'altra parte del sole può raggiungere le aree ombreggiate da altri raggi luminosi. La luce di un oggetto esteso è in grado di penetrare nella regione dell'ombra perché la luce proviene da diversi punti lungo il sole. Se l'oggetto in ombra è abbastanza vicino alla superficie su cui viene proiettata l'ombra (es. il terreno), c'è una zona d'ombra dove non può arrivare la luce del sole. Questo interno, la regione più scura dell'ombra è chiamata “umbra”. (La parola “umbra” viene dal latino e significa “ombra”. È anche la radice della parola “ombrello”, che ti protegge dal sole o dalla pioggia. Questa connessione tra le due parole può aiutarti a ricordare cosa “umbra” si intende.) L'esterno, la regione più chiara dell'ombra è l'area in cui è in grado di raggiungere parte della luce solare, schiarire l'ombra. Questa parte più chiara dell'ombra è chiamata “penombra”. (La parola “penombra” deriva dalle radici latine che significano “quasi ombra”, simile a come la parola “penisola” viene dalle radici che significano “quasi un'isola”.) Mentre vai verso le regioni esterne della penombra, sempre più luce del sole riesce a raggiungere il suolo, e l'ombra diventa sempre più chiara. Ogni oggetto illuminato dal sole può proiettare un'ombra con un'ombra e una penombra proprio come fanno gli oggetti astronomici.

I bordi sfocati delle ombre di tutti i giorni sono causati dalle sorgenti luminose che sono oggetti estesi. La luce proveniente da diverse parti della sorgente è in grado di viaggiare nella zona d'ombra perché emana da diversi punti nello spazio. Il più scuro, la parte interna dell'ombra dove nessuna luce può arrivare è chiamata “umbra”. L'accendino, parte esterna dell'ombra, dove un po 'di luce può arrivare è chiamato “penombra”. Le parti dove tutta la luce può raggiungere non sono ombreggiate. Oggetti di uso quotidiano illuminati dalla luce solare, come alberi e recinzioni, può proiettare ombre composte da un'ombra e una penombra proprio come gli oggetti astronomici. Nota che questa immagine è solo un diagramma schematico e niente è in scala. Immagine di dominio pubblico, fonte: Christopher S. Baird.

È interessante notare che, se una sorgente di luce è più estesa in una direzione rispetto all'altra, quindi le ombre associate a questa fonte di luce saranno più sfocate in una direzione rispetto all'altra. Per esempio, guarda da vicino l'ombra della tua mano in una stanza di notte con una sola, lungo, lampadina fluorescente accesa. Tenendo la mano in una direzione, la punta delle dita nell'ombra sarà nitida mentre i lati delle dita saranno sfocati. Ora ruota la mano di novanta gradi, e le punte delle dita diventeranno sfocate mentre i lati delle dita diventeranno affilati. allo stesso modo, anche il sole può causare questo effetto. Subito prima del tramonto, la luce del sole viene compressa in un disco appiattito dalla rifrazione atmosferica. La luce del sole vicino al tramonto si comporta quindi come se provenisse da una sorgente luminosa più estesa in direzione orizzontale che in direzione verticale. Guardando da vicino l'ombra della tua mano vicino al tramonto, puoi vedere che è più sfocato in direzione orizzontale che in verticale, dimostrando che la natura sfocata delle ombre quotidiane è causata dal fatto che il sole è una fonte estesa.

La diffrazione può anche rendere sfocate le ombre, ma l'effetto è più raro nella vita di tutti i giorni (dichiarato con più attenzione: la stessa diffrazione è comune nella vita di tutti i giorni, ma la diffrazione che causa la sfocatura dei bordi delle ombre è meno comune). La diffrazione è un effetto onda in cui le onde sono in grado di piegarsi attorno agli angoli degli ostacoli. Prima di tutto, la diffrazione è un effetto debole che dipende dalla lunghezza d'onda della luce. La lunghezza d'onda della luce visibile è dell'ordine di centinaia di nanometri. Di conseguenza, semplice diffrazione del bordo, come renderebbe sfocati i bordi delle ombre, accade su scala molto piccola. Gli effetti di diffrazione possono essere amplificati se vengono utilizzate strutture molto piccole, come reticoli di diffrazione o goccioline di nebbia. Ma a quel punto, in realtà non produci più ombre, ma stanno producendo modelli di diffrazione complessi. Per quanto riguarda le ombre, gli effetti di diffrazione degli oggetti di uso quotidiano sulla luce visibile sono in gran parte troppo deboli per essere notati. In secondo luogo, la diffrazione è un effetto coerente che in genere richiede un raggio quasi monocromatico come un raggio laser per diventare significativo. La luce solare contiene molti colori che diffrangono tutti in modo diverso, in modo che l'effetto netto, per quanto riguarda le ombre, è che gli effetti di diffrazione si lavano a vicenda.

Credito:https://wtamu.edu/~cbaird/sq/2014/07/02/how-does-diffraction-make-a-trees-shadow-blurry/