陰影形成

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簡介

陰影是指由於不透明物體阻擋光線而導致的、無法看到光線的空間區域。光源的強度和位置會影響所產生的陰影型別的特徵。

• 陰影的形成是由於光沿直線傳播。在陰影形成過程中，需要光源、螢幕或不透明物體。在黑暗的地方無法形成陰影，因為在黑暗的地方看不到任何物質或特定物體。

什麼是陰影？

陰影指的是光源的光線被不透明材料阻擋的最暗區域。陰影會遮擋任何物體後面三維空間的光線（Zhao et al. 2019）。陰影形成在光源的相對側。陰影的形成依賴於光源的強度和位置。

圖 1：陰影

陰影極其重要，因為它提供了光沿直線傳播的早期證據。研究表明，人類經常無意識地利用陰影來判斷環境中物體的形狀（Zolkover & Kovalenko，2020）。

這是因為陰影有助於揭示物體在空間中的延伸情況，這通常被用來增強繪畫中的深度錯覺。陰影和光線的對比對於適當的影像平衡至關重要。

陰影何時以及如何形成？

陰影指的是當材料阻擋光線路徑時形成的空間。但是，當物體是透明的時，不會形成陰影，因為這允許光線穿過。

圖 2：陰影形成

陰影在三個重要條件下形成，其中第一個條件側重於光源的存在。不透明物體阻止了光線的路徑，並且不透明螢幕的存在形成了陰影（Hnatushenko et al. 2021）。

除此之外，還必須存在不透明物體來阻擋光線的路徑。陰影的形成依賴於光的直線傳播原理。

陰影形成的型別和特性

陰影分為三種類型：“本影”、“半影”和“偽本影”。陰影型別是根據擴充套件的光源劃分的。在日食期間會投射出兩個陰影，第一個稱為本影。陰影隨著遠離太陽而變得越來越小。本影被稱為日食陰影的最暗中心。

日食期間的第二個陰影稱為半影。半影隨著遠離太陽而變得越來越大（Santo et al. 2018）。

偽本影是指月球陰影中超出本影的部分。它與半影幾乎相同，因為太陽沒有被月球完全遮擋。與出現在完全剪影中的月球相比，從偽本影內部看，太陽似乎更大。

圖 3：本影和半影

陰影基於三個特性，它們是：

• 它們總是黑色。

• 它們形成在與光源相對的一側。

• 當不透明材料出現在螢幕和光源之間時，它們就會形成。

• 物體的陰影被稱為直立的，並且與物體朝向同一側。

光和太陽形成的陰影

太陽是已知的陰影來源。當太陽光線以不偏離的直線到達地球時，就會形成陰影。

太陽光線向外輻射，這些光線以每秒近 300,000 公里的速度沿直線到達地球。來自太陽的光線大約需要 8 分鐘才能到達人類（Miloch et al. 2018）。

它接觸到路徑的地面。如果光線傳播的路徑是不透明物體，則不會形成陰影。當光線無法穿過物體時，陰影會在物體的兩側形成。即使陰影與物體相似，它也不會被視為反射。

除了太陽之外，還有不同的光源，包括燭光、電腦螢幕、燈泡和螢火蟲。光以不同的形式出現，並且每種光源型別都有可能在不同的場景中產生陰影。陰影的銳利度取決於光源的大小。

陰影是由於光線中粒子的運動形成的（Narayan，Johnson & Gammie，2019）。來自不同光源的光線像太陽一樣沿直線傳播。但是，光線傳播的距離較短。小光源會產生不同的陰影，而大光源與小光源相比，會產生一些不同的陰影。

結論

陰影在日常戶外活動中可見，因為陰影是物體由於物體阻擋光線而形成的黑色結構。當一個人在晴朗的白天中午走在路上時，影像會在四個方向反射。光源的性質可以是非點狀的或點狀的。光線透過反射更明亮的影像來幫助建立影像，而陰影則有助於繪製圖像組成的一部分。

常見問題解答

Q1. 導致陰影隨季節變化的原因是什麼？

A1：陰影長度受地球自轉軸傾斜度的影響。當北半球朝向太陽時，夏季太陽位於頭頂。當半球遠離太陽時，冬季中午的陰影較短。

Q2. 陰影和影像有什麼區別？

A2：陰影形成在表面上，而影像不會出現在螢幕上。這是因為影像是由平面鏡建立的。平面鏡上形成的影像始終是相似的，而陰影的大小會隨著大小、位置和季節而變化。

Q3. 光源有多少種？

A3：自然光源和人造光源是地球上主要的兩種光源。光源是產生光的東西。

Q4. 陰影在黑暗中可見嗎？

A4：不，陰影在黑暗中不可見。這是因為陰影的形成需要光源。