เงา

เงาคือ บริเวณ มืดบนพื้นผิวที่แสงจากแหล่งกำเนิดแสงถูกวัตถุบัง ในทางตรงกันข้ามเงาทึบ คือปริมาตรสามมิติที่อยู่ด้านหลังวัตถุโดยมีแสง อยู่ด้านหน้าส่วนตัดขวางของเงาคือภาพเงา แบบสอง มิติหรือภาพฉาย กลับด้าน ของวัตถุที่บังแสง

แหล่งกำเนิดแสงแบบจุดและแบบไม่เป็นจุด

แหล่ง กำเนิด แสงแบบจุด จะทำให้เกิดเงาแบบง่ายๆ เรียกว่า " อัมบรา " สำหรับแหล่งกำเนิดแสงที่ไม่ใช่จุดหรือ "แหล่งกำเนิดแสงแบบขยาย" เงาจะแบ่งออกเป็นอัมบรา เพนัมบรา และแอนทัมบรายิ่งแหล่งกำเนิดแสงกว้างมากเท่าไหร่ เงาก็จะยิ่งเบลอมากขึ้นเท่านั้น หากเพนัมบราสองอันซ้อนทับกัน เงาจะดูเหมือนดึงดูดและรวมกัน ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าปรากฏการณ์เงาโป่งพอง

สามารถระบุขอบเขตของบริเวณเงาได้โดยการลากเส้นตามรังสีของแสงที่ปล่อยออกมาจากบริเวณรอบนอกสุดของแหล่งกำเนิดแสงที่แผ่ขยายออกไป บริเวณเงามืดจะไม่ได้รับแสงโดยตรงจากส่วนใดส่วนหนึ่งของแหล่งกำเนิดแสงเลย และเป็นบริเวณที่มืดที่สุด ผู้ที่อยู่ในบริเวณเงามืดจะไม่สามารถมองเห็นส่วนใดส่วนหนึ่งของแหล่งกำเนิดแสงได้โดยตรง

ในทางตรงกันข้าม เงามัวจะได้รับแสงจากบางส่วนของแหล่งกำเนิดแสง ทำให้มีความเข้มของแสงในระดับปานกลาง ผู้ที่อยู่ในบริเวณเงามัวจะเห็นแหล่งกำเนิดแสง แต่จะถูกบดบังบางส่วนด้วยวัตถุที่ทำให้เกิดเงา

หากมีแหล่งกำเนิดแสงมากกว่าหนึ่งแหล่ง จะเกิดเงาหลายเงา โดยส่วนที่ทับซ้อนกันจะมืดกว่า และมีความสว่างหรือแม้แต่สีที่แตกต่างกันไป ยิ่ง แสง กระจาย มาก เท่าไหร่ เส้นขอบของเงาก็จะยิ่งนุ่มนวลและไม่ชัดเจนมากขึ้นเท่านั้น จนกระทั่งหายไป แสงที่ส่องลงบนท้องฟ้าที่มืดครึ้มจะทำให้เกิดเงาที่มองเห็นได้น้อย

ใน สุญญากาศของอวกาศการที่ไม่มีผลกระทบจากชั้นบรรยากาศทำให้เกิดเงาที่คมชัดและมีขอบเขตที่ชัดเจนระหว่างส่วนสว่างและส่วนมืด

สำหรับบุคคลหรือวัตถุที่สัมผัสกับพื้นผิวที่เงาตกกระทบ (เช่น คนที่ยืนอยู่บนพื้น หรือเสาที่ปักอยู่บนพื้น) เงาจะมาบรรจบกันที่จุดสัมผัส

เงาจะปรากฏภาพเดียวกันกับภาพเงาเมื่อมองวัตถุจากด้านที่หันเข้าหาดวงอาทิตย์ ยกเว้นเพียงการบิดเบือน ดังนั้นจึงเป็นภาพสะท้อนของภาพเงาที่มองเห็นจากอีกด้านหนึ่ง

ดาราศาสตร์

ชื่ออัมบรา เพนัมบรา และแอนทัมบรามักใช้เรียกเงาที่เกิดจากวัตถุทางดาราศาสตร์แม้ว่าบางครั้งจะใช้เพื่ออธิบายระดับความมืด เช่น ในจุดบนดวงอาทิตย์ วัตถุทางดาราศาสตร์จะทอดเงาที่มนุษย์มองเห็นได้เมื่อความสว่างปรากฏ ของมัน เท่ากับหรือต่ำกว่า -4 ^{[ 2 ]}วัตถุทางดาราศาสตร์เพียงอย่างเดียวที่สามารถฉายเงาที่มองเห็นได้บนโลกคือดวงอาทิตย์ดวงจันทร์และในสภาวะที่เหมาะสมดาวศุกร์หรือดาวพฤหัสบดี^{[ 3 ]}^{[ 4 ]}กลางคืนเกิดจากซีกโลกของดาวเคราะห์ที่หันหน้าเข้าหาดาวฤกษ์ที่โคจรอยู่ บังแสงอาทิตย์ของดาวฤกษ์นั้น

เงาที่โลกทอดลงบนดวงจันทร์เรียกว่าจันทรุปราคาในทางกลับกัน เงาที่ดวงจันทร์ทอดลงบนโลกเรียกว่าสุริยุปราคา^{[ 5 ]}

ความแปรผันในเวลากลางวัน

ดวงอาทิตย์ทอดเงาซึ่งเปลี่ยนแปลงอย่างมากตลอดทั้งวัน ความยาวของเงาที่ทอดลงบนพื้นเป็นสัดส่วนกับโคแทนเจนต์ ของ มุมเงยของดวงอาทิตย์ซึ่งก็คือมุมθเทียบกับเส้นขอบฟ้า ใกล้เวลาพระอาทิตย์ขึ้นและตก เมื่อθ = 0° และcot(θ) = ∞ เงาอาจยาวมาก หากดวงอาทิตย์ผ่านเหนือศีรษะโดยตรง (ซึ่งเป็นไปได้เฉพาะในบริเวณระหว่างเส้นทรอปิกออฟแคนเซอร์และทรอปิกออฟแคปริคอร์น) แล้วθ = 90°, cot(θ) = 0 และเงาจะทอดลงใต้สิ่งของโดยตรง

ความแปรผันดังกล่าวได้ช่วยเหลือนักเดินทางในการเดินทางมานานแล้ว โดยเฉพาะในภูมิภาคที่แห้งแล้งเช่นทะเลทรายอาหรับ^{[ 6 ]}

ความเร็วในการแพร่กระจาย

ยิ่งระยะห่างจากวัตถุที่ขวางแสงไปยังพื้นผิวการฉายภาพมากเท่าไร เงาก็จะยิ่งใหญ่ขึ้นเท่านั้น (ถือว่ามีสัดส่วนกัน ) นอกจากนี้ หากวัตถุเคลื่อนที่ เงาที่เกิดจากวัตถุจะฉายภาพที่มีขนาด (ความยาว) ขยายใหญ่ขึ้นตามสัดส่วนเร็วกว่าอัตราการเคลื่อนที่ของวัตถุเอง การเพิ่มขึ้นของขนาดและการเคลื่อนที่ก็เป็นจริงเช่นกันหากระยะห่างระหว่างวัตถุที่รบกวนกับแหล่งกำเนิดแสงใกล้กันมากขึ้น ในที่สุด ความเร็วนี้อาจเกินความเร็วแสง^{[ 7 ]}อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้ไม่ขัดกับทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ เนื่องจากเงาไม่มีข้อมูลหรือโมเมนตัมใดๆ

แม้ว่าขอบของเงาจะดูเหมือน "เคลื่อนที่" ไปตามผนัง แต่ในความเป็นจริงแล้ว การเพิ่มขึ้นของความยาวของเงาเป็นส่วนหนึ่งของการฉายภาพใหม่ที่แพร่กระจายด้วยความเร็วแสงจากวัตถุที่เกิดการรบกวน เนื่องจากไม่มีการสื่อสารที่แท้จริงระหว่างจุดต่างๆ ในเงา (ยกเว้นการสะท้อนหรือการรบกวนของแสงด้วยความเร็วแสง) เงาที่ฉายภาพบนพื้นผิวที่มีระยะทางไกล (ปีแสง) จึงไม่สามารถถ่ายทอดข้อมูลระหว่างระยะทางเหล่านั้นด้วยขอบของเงาได้^{[ 8 ]}

สี

ศิลปินทัศนศิลป์มักจะตระหนักถึงแสงสีที่เปล่งออกมาหรือสะท้อนจากแหล่งกำเนิดหลายแหล่ง ซึ่งสามารถสร้างเงาหลากสีที่ซับซ้อนได้เทคนิคทางศิลปะที่ใช้เงาอย่างจงใจ ได้แก่ไคอาโรสคูโรสฟูมาโตและเงา^{[ 9 ]}

ในระหว่างวัน เงาที่เกิดจากวัตถุทึบแสงที่ได้รับแสงแดดจะมีสีฟ้าอมเขียว เกิดขึ้นเนื่องจากการกระเจิงของเรย์ลีซึ่งเป็นคุณสมบัติเดียวกันกับที่ทำให้ท้องฟ้ามีสีฟ้า วัตถุทึบแสงสามารถปิดกั้นแสงจากดวงอาทิตย์ได้ แต่ไม่สามารถปิดกั้นแสงโดยรอบของท้องฟ้าซึ่งมีสีฟ้าได้ เนื่องจากโมเลกุลในชั้นบรรยากาศจะกระเจิงแสงสีฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพมากกว่า ส่งผลให้เงาปรากฏเป็นสีฟ้าอมเขียว^{[ 10 ]}

มิติ

เงาครอบครองปริมาตรสามมิติของพื้นที่ แต่โดยปกติแล้วจะไม่สามารถมองเห็นได้จนกว่าจะฉายลงบนพื้นผิวสะท้อนแสง หมอกบางๆละอองน้ำ หรือฝุ่นละออง สามารถเผยให้เห็นการปรากฏตัวสามมิติของรูปแบบปริมาตรในแสงและเงาได้

เงาหมอกอาจดูแปลกตาสำหรับผู้ที่ไม่คุ้นเคยกับการเห็นเงาในสามมิติ หมอกบางๆ มีความหนาแน่นเพียงพอที่จะได้รับแสงที่ลอดผ่านช่องว่างในโครงสร้างหรือในต้นไม้ ส่งผลให้เส้นทางของเงาของวัตถุที่ทอดผ่านหมอกปรากฏให้เห็นเป็นปริมาตรที่มืดลง ในแง่หนึ่ง เงาเหล่านี้เป็นสิ่งที่ตรงกันข้ามกับแสงสนธยาที่เกิดจากลำแสง กล่าวคือ เงาเหล่านี้เกิดจากเงาของวัตถุที่เป็นของแข็ง

หมอกที่ใช้ในงานแสดงละครและลำแสงที่สว่างจ้าบางครั้งถูกใช้โดยนักออกแบบแสงและศิลปินทัศนศิลป์เพื่อเน้นลักษณะสามมิติของผลงานของพวกเขา

การผกผัน

บ่อยครั้งที่เงาของรั้วตาข่ายเหล็กและวัตถุอื่นๆ ที่คล้ายกันจะกลับด้าน (บริเวณสว่างและมืดสลับกัน) เมื่ออยู่ห่างจากวัตถุมากขึ้น เงาของรั้วตาข่ายเหล็กจะเริ่มต้นด้วยรูปเพชรสว่างและเส้นขอบเงาเมื่ออยู่ใกล้กับรั้ว แต่จะค่อยๆ เบลอลง ในที่สุด หากรั้วสูงพอ รูปแบบของแสงจะเปลี่ยนเป็นรูปเพชรเงาและเส้นขอบสว่าง

การถ่ายภาพ

ในการถ่ายภาพ ซึ่งโดยพื้นฐานแล้วคือการบันทึกรูปแบบของแสง เงา และสี "ส่วนสว่าง" และ "ส่วนมืด" คือส่วนที่สว่างที่สุดและมืดที่สุดของฉากหรือภาพตามลำดับการเปิดรับแสงในการถ่ายภาพจะต้องได้รับการปรับ (เว้นแต่ต้องการเอฟเฟกต์พิเศษ) เพื่อให้ฟิล์มหรือเซ็นเซอร์ซึ่งมีช่วงไดนามิก ที่จำกัด สามารถบันทึกรายละเอียดในส่วนสว่างโดยไม่ให้จางหายไป และในส่วนมืดโดยไม่กลายเป็นพื้นที่สีดำที่ไม่สามารถแยกแยะได้

จากภาพถ่ายดาวเทียมและภาพถ่ายทางอากาศที่ถ่ายในแนวตั้ง เราสามารถจำแนกอาคารสูงได้จากเงาที่ทอดยาว (หากภาพถ่ายไม่ได้ถ่ายในเขตร้อนในช่วงเที่ยง) ซึ่งภาพเหล่านี้ยังแสดงให้เห็นรูปทรงของอาคารเหล่านั้นได้ชัดเจนยิ่งขึ้นด้วย

แนวคิดที่คล้ายคลึงกัน

คำว่า "เงา"มักใช้หมายถึงการบดบังหรือการกีดขวางใดๆ ไม่ใช่เฉพาะเงาของแสงเท่านั้น ตัวอย่างเช่นเงาฝนคือพื้นที่แห้งแล้ง ซึ่งเมื่อพิจารณาจาก ทิศทาง ลม ที่พัดผ่าน จะอยู่เลยแนวเทือกเขาไป ภูมิประเทศที่สูงชันขัดขวางไม่ให้เมฆฝนเข้ามาในพื้นที่แห้งแล้งนั้นส่วนเงาเสียงเกิดขึ้นเมื่อเสียงโดยตรงถูกปิดกั้นหรือเบี่ยงเบนไปรอบๆ บริเวณใดบริเวณหนึ่ง

แง่มุมทางวัฒนธรรม

เงา มักปรากฏในบริบทของตำนานหรือวัฒนธรรม บางครั้งก็เป็นเงาที่น่ากลัว บางครั้งก็ไม่ใช่ บางวัฒนธรรมเชื่อว่า เงา ที่ถูกทิ้ง ร้างนั้นคล้ายกับผี ชื่อเรียกของความกลัวเงาคือ "สคิโอโฟเบีย" หรือ "สเคียโฟเบีย"

ชยาคือเทพีแห่งเงามืดของศาสนาฮินดู

ในวิชาการออกแบบตราสัญลักษณ์เมื่อสัญลักษณ์ถูกแสดง "ในเงา" (ลักษณะที่ปรากฏคือสัญลักษณ์นั้นถูกวาดเป็นเส้นขอบด้วยสีที่เป็นกลาง แทนที่จะเป็นสีที่แตกต่างจากพื้นหลัง) จะเรียกว่า "umbrated" โดยทั่วไปแล้ว มีเพียงสัญลักษณ์เฉพาะบางส่วนเท่านั้นที่สามารถแสดงในลักษณะนี้ได้

เงา มักถูกเชื่อมโยงกับความมืดและความชั่วร้าย ในนิทานพื้นบ้านทั่วไป เช่น เงาที่กลับมีชีวิต มักเป็นสิ่งชั่วร้ายที่พยายามควบคุมผู้คนที่มันสะท้อนอยู่

ชาวอียิปต์โบราณสันนิษฐานว่า เงา ซึ่งพวกเขาเรียกว่าšwt (ปิด) นั้น มีบางสิ่งบางอย่างของบุคคลที่มันเป็นตัวแทนอยู่ เพราะมันปรากฏอยู่เสมอ ด้วยเหตุผลนี้ รูปปั้นของบุคคลและเทพเจ้าบางครั้งจึงถูกเรียกว่าเงา

ในศาสนาอิสลาม เงาเป็นสัญลักษณ์ของการยอมจำนนต่อพระเจ้าอัลกุรอานเน้นย้ำว่าทุกสิ่งในสวรรค์และบนโลก รวมทั้งเงา ต่างก้มกราบต่อพระผู้เป็นเจ้าด้วยความเคารพยำเกรงและเชื่อฟัง: "พวกเขาไม่เห็นหรือว่าทุกสิ่งที่อัลลอฮ์ทรงสร้างนั้นทอดเงาของมัน เอียงไปทางขวาและทางซ้าย ก้มกราบต่ออัลลอฮ์ด้วยความนอบน้อม?" (อัลกุรอาน 16:48) ในทำนองเดียวกัน อัลกุรอานกล่าวว่า "และบรรดาผู้ที่อยู่ในสวรรค์และบนโลก ต่างก้มกราบต่ออัลลอฮ์ ไม่ว่าจะโดยสมัครใจหรือโดยถูกบังคับ และเงาของพวกเขาก็เช่นกัน ในยามเช้าและยามบ่าย" (อัลกุรอาน 13:15) ในบริบทนี้ เงาจึงเป็นเครื่องยืนยันถึงระเบียบอันศักดิ์สิทธิ์และความเป็นเอกภาพของการสร้างสรรค์

ในคำอธิบายประกอบหนังสือมรณะของอียิปต์ (BD) นักอียิปต์วิทยา Ogden Goelet, Jr. ได้กล่าวถึงรูปแบบของเงาว่า: "ในปาปิรัสและสุสาน BD จำนวนมาก ผู้ตายถูกวาดภาพให้ออกมาจากสุสานในเวลากลางวันในรูปแบบของเงา เงาสีดำบาง ๆ ที่ไม่มีรายละเอียดใด ๆ บุคคลในรูปแบบนี้ อย่างที่เราจะพูดได้ว่า เป็นเพียงเงาของการดำรงอยู่ก่อนหน้านี้ของเขา แต่ถึงกระนั้นก็ยังคงมีอยู่ อีกรูปแบบหนึ่งที่เงาปรากฏใน BD โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่เกี่ยวข้องกับเทพเจ้า คือ ร่มกันแดดที่ทำจากขนนกกระจอกเทศ ซึ่งเป็นวัตถุที่จะสร้างเงา" ^{[ 11 ]}

การผลิตพลังงาน

นักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยแห่งชาติสิงคโปร์ได้นำเสนอเครื่องกำเนิดพลังงานเอฟเฟกต์เงา (SEG) ซึ่งประกอบด้วยเซลล์ทองคำที่เคลือบอยู่บนแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนที่ติดอยู่บนฟิล์มพลาสติก เครื่องกำเนิดนี้มีความหนาแน่นของพลังงาน 0.14 μW cm ⁻²ภายใต้สภาวะภายในอาคาร (0.001 sun) ^{[ 12 ]}