Sombra

Una sombra es una zona oscura en una superficie donde la luz de una fuente luminosa queda bloqueada por un objeto. En cambio, la penumbra ocupa el volumen tridimensional situado detrás de un objeto con luz delante. La sección transversal de una sombra es una silueta bidimensional , o una proyección inversa del objeto que bloquea la luz.

Una fuente de luz puntual proyecta una sombra simple, llamada umbra . En el caso de una fuente de luz difusa o extendida, la sombra se divide en umbra, penumbra y antumbra . Cuanto más amplia sea la fuente de luz, más difusa será la sombra. Si dos penumbras se superponen, las sombras parecen atraerse y fusionarse. Esto se conoce como efecto de ampolla de sombra .

Los contornos de las zonas de sombra se pueden determinar siguiendo los rayos de luz emitidos por las regiones más externas de la fuente de luz extendida. La umbra no recibe luz directa de ninguna parte de la fuente de luz y es la zona más oscura. Un observador situado en la umbra no puede ver directamente ninguna parte de la fuente de luz.

Por el contrario, la penumbra está iluminada por algunas partes de la fuente de luz, lo que le confiere un nivel intermedio de intensidad lumínica. Un observador situado en la región de la penumbra verá la fuente de luz, pero esta quedará parcialmente oculta por el objeto que proyecta la sombra.

Si hay más de una fuente de luz, se formarán varias sombras, con las zonas superpuestas más oscuras y diversas combinaciones de brillo e incluso colores. Cuanto más difusa sea la iluminación, más suaves e indistintas serán las sombras hasta desaparecer. La iluminación de un cielo nublado produce pocas sombras visibles.

La ausencia de efectos atmosféricos difusos en el vacío del espacio exterior produce sombras nítidas y claramente delimitadas por límites de alto contraste entre la luz y la oscuridad.

Para una persona u objeto que toca la superficie donde se proyecta la sombra (por ejemplo, una persona de pie en el suelo o un poste clavado en el suelo), las sombras convergen en el punto de contacto.

Una sombra muestra, aparte de la distorsión, la misma imagen que la silueta cuando se mira el objeto desde el lado del sol; por lo tanto, es la imagen especular de la silueta vista desde el otro lado.

Los nombres umbra, penumbra y antumbra se utilizan a menudo para las sombras proyectadas por objetos astronómicos , aunque a veces se utilizan para describir niveles de oscuridad, como en las manchas solares. Un objeto astronómico proyecta sombras visibles para el ser humano cuando su magnitud aparente es igual o inferior a -4. ^{[ 2 ]} Los únicos objetos astronómicos capaces de proyectar sombras visibles sobre la Tierra son el Sol , la Luna y, en las condiciones adecuadas, Venus o Júpiter . ^{[ 3 ] [ 4 ]} La noche es causada por el hemisferio de un planeta que mira hacia su estrella orbital bloqueando su luz solar.

La sombra que proyecta la Tierra sobre la Luna es un eclipse lunar . Por el contrario, la sombra que proyecta la Luna sobre la Tierra es un eclipse solar . ^{[ 5 ]}

El sol proyecta sombras que varían drásticamente a lo largo del día. La longitud de una sombra proyectada en el suelo es proporcional a la cotangente del ángulo de elevación del sol (su ángulo θ con respecto al horizonte). Cerca del amanecer y del atardecer, cuando θ = 0° y cot(θ) = ∞, las sombras pueden ser extremadamente largas. Si el sol pasa directamente por encima (solo posible en lugares entre los trópicos de Cáncer y Capricornio), entonces θ = 90°, cot(θ) = 0, y las sombras se proyectan directamente debajo de los objetos.

Estas variaciones han ayudado durante mucho tiempo a los viajeros durante sus viajes, especialmente en regiones áridas como el desierto arábigo . ^{[ 6 ]}

Cuanto mayor sea la distancia entre el objeto que bloquea la luz y la superficie de proyección, mayor será la silueta (se consideran proporcionales ). Además, si el objeto se mueve, la sombra proyectada por este proyectará una imagen cuyas dimensiones (longitud) se expanden proporcionalmente más rápido que la velocidad de movimiento del objeto. El aumento de tamaño y movimiento también se da si la distancia entre el objeto de interferencia y la fuente de luz es menor. Eventualmente, esta velocidad puede superar la velocidad de la luz; ^{[ 7 ]} sin embargo, esto no viola la relatividad especial, ya que las sombras no transportan información ni momento.

Aunque el borde de una sombra parezca "moverse" a lo largo de una pared, en realidad el aumento de la longitud de la sombra forma parte de una nueva proyección que se propaga a la velocidad de la luz desde el objeto de interferencia. Dado que no existe comunicación real entre los puntos de una sombra (excepto por la reflexión o interferencia de la luz, a la velocidad de la luz), una sombra que se proyecta sobre una superficie de grandes distancias (años luz) no puede transmitir información entre esas distancias a través del borde de la sombra. ^{[ 8 ]}

Los artistas visuales suelen ser muy conscientes de la luz de color emitida o reflejada desde diversas fuentes, lo que puede generar sombras multicolores complejas. El claroscuro , el sfumato y la silueta son ejemplos de técnicas artísticas que hacen un uso deliberado de los efectos de sombra. ^{[ 9 ]}

Durante el día, la sombra proyectada por un objeto opaco iluminado por la luz solar tiene un tono azulado. Esto se debe a la dispersión de Rayleigh , la misma propiedad que hace que el cielo parezca azul. El objeto opaco puede bloquear la luz del sol, pero no la luz ambiental del cielo, que es azul, ya que las moléculas de la atmósfera dispersan la luz azul con mayor eficacia. Como resultado, la sombra aparece azulada. ^{[ 10 ]}

Una sombra ocupa un volumen tridimensional, pero esto generalmente no es visible hasta que se proyecta sobre una superficie reflectante. Una ligera niebla , bruma o nube de polvo pueden revelar la presencia tridimensional de patrones volumétricos en la luz y la sombra.

Las sombras de la niebla pueden resultar extrañas para quienes no están acostumbrados a ver sombras en tres dimensiones. Una niebla fina tiene la densidad justa para ser iluminada por la luz que se filtra a través de las rendijas de una estructura o un árbol. Como resultado, la trayectoria de la sombra de un objeto a través de la niebla se hace visible como un volumen oscurecido. En cierto modo, estas sombras son lo opuesto a los rayos crepusculares producidos por haces de luz; son causadas por las sombras de objetos sólidos.

En ocasiones, los diseñadores de iluminación y los artistas visuales utilizan niebla teatral y potentes haces de luz para resaltar los aspectos tridimensionales de su obra.

A menudo, las sombras de las vallas de tela metálica y otros objetos similares se invierten (las zonas claras y oscuras se intercambian) a medida que se alejan del objeto. La sombra de una valla de tela metálica comenzará con rombos claros y contornos de sombra cuando esté en contacto con la valla, pero se irá difuminando gradualmente. Finalmente, si la valla es lo suficientemente alta, el patrón de luz se convertirá en rombos de sombra y contornos claros.

El término sombra se usa a menudo para referirse a cualquier oclusión o bloqueo, no solo a aquellos relacionados con la luz. Por ejemplo, una zona de sombra de lluvia es un área seca que, con respecto a la dirección predominante del viento , se encuentra más allá de una cadena montañosa ; el terreno elevado impide que las nubes de lluvia entren en la zona seca. Una sombra acústica se produce cuando un sonido directo se bloquea o se desvía alrededor de un área determinada.

Las sombras suelen aparecer en contextos míticos o culturales. A veces bajo una luz malévola, otras veces no. Algunas culturas creían que una sombra desatendida era similar a un fantasma. El miedo a las sombras se denomina «esciofobia».

Chhaya es la diosa hindú de las sombras.

En heráldica , cuando una figura se muestra supuestamente "en la sombra" (es decir, con un contorno neutro en lugar de un color distinto al del campo sobre el que se coloca), se la denomina técnicamente "sombreada". Supuestamente, solo un número limitado de figuras específicas pueden representarse de esta manera.

Las sombras suelen estar vinculadas con la oscuridad y el mal; en el folclore popular, al igual que las sombras que cobran vida, suelen ser seres malignos que intentan controlar a las personas que reflejan.

Los antiguos egipcios suponían que una sombra, a la que llamaban šwt (shut), contenía algo de la persona que representaba porque siempre estaba presente. Debido a esta asociación, a veces se hacía referencia a las estatuas de personas y deidades como sombras.

En el Islam , las sombras son un signo de sumisión a Dios . El Corán enfatiza que todo en los cielos y la tierra, incluidas las sombras, se postra ante el Todopoderoso con reverencia y obediencia: "¿Acaso no ven cómo todo lo que Alá ha creado proyecta su sombra, inclinándose a la derecha y a la izquierda, postrándose ante Alá con humildad?" (Corán 16:48). De igual modo, el Corán afirma: "Y ante Alá se postra todo aquel que se encuentra en los cielos y en la tierra, voluntariamente o por obligación, y también sus sombras, por la mañana y por la tarde" (Corán 13:15). En este contexto, las sombras son un testimonio del orden divino y la unidad de la creación.

En un comentario al Libro de los Muertos egipcio (BD), el egiptólogo Ogden Goelet, Jr. analiza las formas de la sombra: «En muchos papiros y tumbas del BD, el difunto aparece emergiendo de la tumba durante el día en forma de sombra, una silueta delgada, negra y sin rasgos distintivos. La persona en esta forma es, como diríamos, una mera sombra de su existencia anterior, pero que, sin embargo, sigue existiendo. Otra forma que adopta la sombra en el BD, especialmente en relación con los dioses, es la de un parasol de plumas de avestruz, un objeto que proyectaría una sombra». ^{[ 12 ]}

Científicos de la Universidad Nacional de Singapur presentaron un generador de energía por efecto de sombra (SEG), que consiste en celdas de oro depositadas sobre una oblea de silicio adherida a una película de plástico. El generador tiene una densidad de potencia de 0,14 μW cm⁻² ^en condiciones interiores (0,001 sol). ^{[ 13 ]}

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• Cómo el sol proyecta sombras durante el día. Archivado el 8 de mayo de 2017 en Wayback Machine.