阴影形成

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简介

阴影是指由于不透明物体阻挡光线而导致的、无法看到光线的空间区域。光源的强度和位置会影响所产生的阴影类型的特征。

• 阴影的形成是由于光沿直线传播。在阴影形成过程中，需要光源、屏幕或不透明物体。在黑暗的地方无法形成阴影，因为在黑暗的地方看不到任何物质或特定物体。

什么是阴影？

阴影指的是光源的光线被不透明材料阻挡的最暗区域。阴影会遮挡任何物体后面三维空间的光线（Zhao et al. 2019）。阴影形成在光源的相对侧。阴影的形成依赖于光源的强度和位置。

图 1：阴影

阴影极其重要，因为它提供了光沿直线传播的早期证据。研究表明，人类经常无意识地利用阴影来判断环境中物体的形状（Zolkover & Kovalenko，2020）。

这是因为阴影有助于揭示物体在空间中的延伸情况，这通常被用来增强绘画中的深度错觉。阴影和光线的对比对于适当的图像平衡至关重要。

阴影何时以及如何形成？

阴影指的是当材料阻挡光线路径时形成的空间。但是，当物体是透明的时，不会形成阴影，因为这允许光线穿过。

图 2：阴影形成

阴影在三个重要条件下形成，其中第一个条件侧重于光源的存在。不透明物体阻止了光线的路径，并且不透明屏幕的存在形成了阴影（Hnatushenko et al. 2021）。

除此之外，还必须存在不透明物体来阻挡光线的路径。阴影的形成依赖于光的直线传播原理。

阴影形成的类型和特性

阴影分为三种类型：“本影”、“半影”和“伪本影”。阴影类型是根据扩展的光源划分的。在日食期间会投射出两个阴影，第一个称为本影。阴影随着远离太阳而变得越来越小。本影被称为日食阴影的最暗中心。

日食期间的第二个阴影称为半影。半影随着远离太阳而变得越来越大（Santo et al. 2018）。

伪本影是指月球阴影中超出本影的部分。它与半影几乎相同，因为太阳没有被月球完全遮挡。与出现在完全剪影中的月球相比，从伪本影内部看，太阳似乎更大。

图 3：本影和半影

阴影基于三个特性，它们是：

• 它们总是黑色。

• 它们形成在与光源相对的一侧。

• 当不透明材料出现在屏幕和光源之间时，它们就会形成。

• 物体的阴影被称为直立的，并且与物体朝向同一侧。

光和太阳形成的阴影

太阳是已知的阴影来源。当太阳光线以不偏离的直线到达地球时，就会形成阴影。

太阳光线向外辐射，这些光线以每秒近 300,000 公里的速度沿直线到达地球。来自太阳的光线大约需要 8 分钟才能到达人类（Miloch et al. 2018）。

它接触到路径的地面。如果光线传播的路径是不透明物体，则不会形成阴影。当光线无法穿过物体时，阴影会在物体的两侧形成。即使阴影与物体相似，它也不会被视为反射。

除了太阳之外，还有不同的光源，包括烛光、电脑屏幕、灯泡和萤火虫。光以不同的形式出现，并且每种光源类型都有可能在不同的场景中产生阴影。阴影的锐利度取决于光源的大小。

阴影是由于光线中粒子的运动形成的（Narayan，Johnson & Gammie，2019）。来自不同光源的光线像太阳一样沿直线传播。但是，光线传播的距离较短。小光源会产生不同的阴影，而大光源与小光源相比，会产生一些不同的阴影。

结论

阴影在日常户外活动中可见，因为阴影是物体由于物体阻挡光线而形成的黑色结构。当一个人在晴朗的白天中午走在路上时，图像会在四个方向反射。光源的性质可以是非点状的或点状的。光线通过反射更明亮的图像来帮助创建图像，而阴影则有助于绘制图像组成的一部分。

常见问题解答

Q1. 导致阴影随季节变化的原因是什么？

A1：阴影长度受地球自转轴倾斜度的影响。当北半球朝向太阳时，夏季太阳位于头顶。当半球远离太阳时，冬季中午的阴影较短。

Q2. 阴影和图像有什么区别？

A2：阴影形成在表面上，而图像不会出现在屏幕上。这是因为图像是由平面镜创建的。平面镜上形成的图像始终是相似的，而阴影的大小会随着大小、位置和季节而变化。

Q3. 光源有多少种？

A3：自然光源和人造光源是地球上主要的两种光源。光源是产生光的东西。

Q4. 阴影在黑暗中可见吗？

A4：不，阴影在黑暗中不可见。这是因为阴影的形成需要光源。