Czy dyfrakcja powoduje rozmycie cienia drzewa?

Dyfrakcja nie jest tym, co sprawia, że ​​cień drzewa jest rozmyty. Cienie drzew, Budynki, i inne obiekty na zewnątrz są rozmyte przez fakt, że słońce jest rozszerzonym źródłem światła. Chociaż dyfrakcja może powodować rozmycie cieni, dla obiektów wielkości człowieka przy widzialnych długościach fal światła, dyfrakcja światła jest niewielka.

Przyjrzyj się uważnie cieniowi drzewa rzucanemu na trawę, Twoja ręka rzucona na chodnik, lub płot rzucony na odległą ścianę. Każdy cień ma ogólny kształt obiektu rzucającego cień, ale krawędzie cieni nie są ostre. Raczej, krawędzie cienia są rozmyte lub rozmyte. Im dalej cień znajduje się od obiektu tworzącego cień, im bardziej rozmyty staje się cień. Na przykład, odsuń rękę od cienia na chodniku, a cień staje się bardziej plamą. Gdyby światło poruszało się tylko po idealnie prostych liniach oraz były tylko punktowe źródła światła, wszystkie cienie byłyby idealnie ostre, ponieważ światło docierałoby do punktu, a potem nie docierało do miejsca tuż obok niego. Istnieją zatem dwa efekty, które rozmywają cienie: 1) światło nie porusza się tylko po liniach prostych, ale może wyginać się na rogach (“dyfrakcja”), oraz 2) światło nie pochodzi tylko ze źródeł punktowych.

Słońce nie jest punktowym źródłem światła. Raczej, słońce ma wydłużony kształt o skończonej szerokości. Światło generowane przez słońce emanuje z różnych punktów w przestrzeni wzdłuż powierzchni słońca. Ta koncepcja może być lepiej zrozumiana, patrząc na poniższy diagram. Światło z jednej strony słońca może dotrzeć do obszarów zacienionych od światła z drugiej strony słońca. podobnie, światło z drugiej strony słońca może dotrzeć do obszarów zacienionych przez inne promienie świetlne. Światło z rozszerzonego obiektu jest w stanie przeniknąć obszar cienia, ponieważ światło pochodzi z różnych punktów wzdłuż Słońca. Jeśli cień jest wystarczająco blisko powierzchni, na którą rzucany jest cień (np. Ziemia), istnieje obszar cienia, do którego nie dociera światło słoneczne. Ten wewnętrzny, ciemniejszy obszar cienia nazywa się “umbra”. (Słowo “umbra” pochodzi z łaciny i oznacza “cień”. Jest to również rdzeń słowa “parasol”, który osłania Cię przed słońcem lub deszczem. To połączenie między tymi dwoma słowami może pomóc Ci zapamiętać, co “umbra” znaczy.) Zewnętrzny, jaśniejszy obszar cienia to obszar, do którego dociera część światła słonecznego, rozjaśniając cień. Ta jaśniejsza część cienia nazywa się “półcień”. (Słowo “półcień” pochodzi z łacińskich korzeni, co oznacza “prawie cień”, podobny do słowa “półwysep” pochodzi z korzeni, co oznacza “prawie wyspa”.) Idąc w kierunku zewnętrznych obszarów półcienia, coraz więcej światła słonecznego jest w stanie dotrzeć do ziemi, a cień staje się coraz jaśniejszy,. Każdy obiekt oświetlony słońcem może rzucać cień z cieniem i półcieniem, tak jak obiekty astronomiczne.

Rozmyte krawędzie codziennych cieni są spowodowane tym, że źródła światła są rozciągniętymi obiektami. Światło z różnych części źródła może przedostać się do obszaru cienia, ponieważ emanuje z różnych punktów w przestrzeni. Ciemniejszy, wewnętrzna część cienia, do której nie dociera światło, nazywana jest “umbra”. Zapalniczka, zewnętrzna część cienia, gdzie światło może dotrzeć, nazywa się “półcień”. Części, do których może dotrzeć całe światło, są niezacienione. Przedmioty codziennego użytku oświetlone światłem słonecznym, takie jak drzewa i ogrodzenia, może rzucać cienie złożone z cienia i półcienia tak jak obiekty astronomiczne. Zwróć uwagę, że ten obraz to tylko schematyczny diagram i nic nie jest skalowane. Obraz domeny publicznej, źródło: Christopher S. Baird.

co ciekawe, jeśli źródło światła jest bardziej wysunięte w jednym kierunku niż w drugim, wtedy cienie związane z tym źródłem światła będą bardziej rozmyte w jednym kierunku niż w drugim. Na przykład, spójrz uważnie na cień dłoni w pokoju w nocy z tylko jednym, długo, żarówka fluorescencyjna włączona. Trzymając rękę w jednym kierunku, czubki palców w cieniu będą ostre, a boki palców rozmazane. Teraz obróć rękę o dziewięćdziesiąt stopni, a koniuszki palców staną się zamazane, a boki palców staną się ostre. podobnie, słońce może również powodować ten efekt. Tuż przed zachodem słońca, światło słoneczne zostaje zgniecione w spłaszczony dysk przez załamanie atmosferyczne. Dlatego światło słoneczne w pobliżu zachodu słońca zachowuje się tak, jakby pochodziło ze źródła światła, które jest bardziej rozciągnięte w kierunku poziomym niż w kierunku pionowym. Patrząc z bliska w cień dłoni w pobliżu zachodu słońca, widać, że jest bardziej rozmyty w kierunku poziomym niż w pionie, udowadniając, że rozmyty charakter codziennych cieni jest spowodowany tym, że słońce jest rozszerzonym źródłem.

Dyfrakcja może również powodować rozmycie cieni, ale efekt jest rzadszy w życiu codziennym (powiedziane dokładniej: sama dyfrakcja jest powszechna w życiu codziennym, ale dyfrakcja powodująca rozmycie krawędzi cieni jest mniej powszechna). Dyfrakcja to efekt fali, w którym fale mogą zaginać się wokół rogów przeszkód. Po pierwsze, dyfrakcja jest słabym efektem zależnym od długości fali światła. Długość fali światła widzialnego jest rzędu setek nanometrów. W rezultacie, prosta dyfrakcja brzegowa, takie, które sprawią, że krawędzie cienia będą rozmazane, dzieje się na bardzo małą skalę. Efekty dyfrakcyjne można wzmocnić, jeśli stosuje się bardzo małe struktury, takie jak siatki dyfrakcyjne lub kropelki mgły. Ale w tym momencie, tak naprawdę nie produkujesz już cieni, ale wytwarzają złożone wzory dyfrakcyjne. Dopóki cienie idą, efekty dyfrakcji przedmiotów codziennego użytku na świetle widzialnym są w dużej mierze zbyt słabe, aby je zauważyć. Po drugie, dyfrakcja to spójny efekt, który zazwyczaj wymaga prawie monochromatycznej wiązki, takiej jak wiązka laserowa, aby stała się znacząca. Światło słoneczne zawiera wiele kolorów, które uginają się inaczej, tak, że efekt netto, jeśli chodzi o cienie, jest to, że efekty dyfrakcji wypłukują się nawzajem.

Kredyt:https://wtamu.edu/~cbaird/sq/2014/07/02/jak-z-dyfrakcji-make-a-trees-shadow-rozmycie/