Umbra

Dacă ții mâna între o lanternă și un perete, pe perete apare o pată întunecată cu forma mâinii. Pata este umbra. Ea se formează fiindcă lumina se propagă în linie dreaptă, iar mâna, care este un corp opac, oprește razele care ar fi ajuns în acel loc. Umbra este regiunea din spatele unui corp opac în care nu ajunge lumina sursei.

Conturul umbrei se obține trasând razele care pleacă de la sursă și ating marginile corpului. O sursă foarte mică, cum este o lanternă cu un singur led, dă o umbră cu margini clare. O sursă mare, cum este un tub fluorescent sau o fereastră luminoasă, dă două zone: umbra, unde nu ajunge nicio rază de la sursă, și penumbra, o zonă mai puțin întunecată, unde ajung raze de la o parte a sursei, dar nu de la toată. Penumbra înconjoară umbra și se luminează treptat spre exterior, de aceea marginea umbrei unui om sub un bec mare apare neclară.

Mărimea umbrei depinde de poziții. Dacă apropii jucăria de lampă, umbra ei pe perete crește; dacă o apropii de perete, umbra se micșorează și seamănă tot mai bine cu jucăria. Jucăria nu își schimbă dimensiunile; se schimbă drumul razelor care îi ating marginile.

Soarele este atât de departe, încât razele lui se desenează paralele. Lungimea umbrei unui stâlp depinde de înălțimea Soarelui pe cer: dimineața și seara, când Soarele este jos, umbrele sunt lungi, iar la amiază, când Soarele este sus, sunt cele mai scurte. Pe această schimbare se bazează ceasul solar.

Eclipsele sunt umbre cosmice. La eclipsa de Soare, Luna se află între Soare și Pământ, iar umbra ei cade pe o zonă mică a Pământului. Acolo unde ajunge umbra, Soarele dispare complet (eclipsă totală); în penumbra din jur, o parte din Soare rămâne vizibilă (eclipsă parțială). De aceea eclipsa totală se vede numai dintr-o fâșie îngustă de pe Pământ. Când Luna este mai departe de Pământ, umbra ei nu mai ajunge la sol, iar în jurul Lunii rămâne un inel luminos din Soare (eclipsă inelară).

La eclipsa de Lună, Pământul se află între Soare și Lună, iar Luna intră în umbra Pământului; ea se vede de oriunde de pe jumătatea nocturnă a Pământului. Eclipsele nu apar la fiecare lună nouă sau lună plină, fiindcă orbita Lunii este ușor înclinată față de orbita Pământului, așa că Soarele, Pământul și Luna se aliniază rar.

Exemplu rezolvat. Un stâlp înalt de $2\mathrm{m}$ are, la o anumită oră, umbra de $3\mathrm{m}$. În același moment, un copac din apropiere are umbra de $12\mathrm{m}$. Ce înălțime are copacul?

1. Razele Soarelui sunt paralele, deci la aceeași oră ele fac același unghi cu solul, iar raportul dintre înălțime și umbră este același pentru stâlp și pentru copac.
2. Scriem proporția: $\frac{2\mathrm{m}}{3\mathrm{m}}=\frac{H}{12\mathrm{m}}$.
3. Rezultă $H=\frac{2\cdot 12}{3}\mathrm{m}=8\mathrm{m}$.

Copacul are $8\mathrm{m}$ înălțime. Experimentul se poate repeta în curte, cu un băț și o ruletă.

Greșeli frecvente

• Greșit: umbra este o substanță întunecată.
  Corect: umbra este locul unde nu ajunge lumina sursei.
• Greșit: umbra și penumbra sunt același lucru.
  Corect: în umbră nu ajunge lumină de la sursă, în penumbră ajunge doar de la o parte a ei.
• Greșit: umbra crește fiindcă obiectul crește.
  Corect: mărimea umbrei depinde de pozițiile sursei, obiectului și ecranului.
• Greșit: umbra unui stâlp este cea mai lungă la amiază.
  Corect: la amiază Soarele este cel mai sus pe cer, iar umbra este cea mai scurtă a zilei.

Înainte și după