تعريف الظل
عادة ما يصاحب الأشياء المعتمة أو غير الشفافة وجود منطقة مظلمة تظهر على الأرض لمنع دخول الضوء إلى هذه المنطقة بشكل كامل، ولا يظهر الظل في منطقة الإضاءة مثل النهار والشمس أو الضوء الساطع، وتتغير حجم الظلال وتتغير طولها وتتأثر بعوامل مختلفة، وأحيانا تأخذ أشكالا متنوعة.
: يمكن وصف الظل بأنه منطقة مظلمة تظهر نتيجة لتداخل جزء من الضوء مع الأجسام الغير شفافة أو المعتمة، وتأخذ هذه المنطقة المظلمة شكل الجسم الذي يحجب الضوء. ومساحة الظل تحدد حسب البعد بين الأجسام ومصدر الضوء؛ فكلما زاد البعد بين الجسم ومصدر الضوء، كلما صغر الظل، وكلما انخفض البعد بينهما، كلما كبر الظل. وهناك نوعان مختلفان من الظل، وهما الظل الباهت والظل الداكن، والظل الباهت هو الذي يظهر عندما يحجب جسم شفاف يمكن للضوء أن يخترقه.
الشكل الثاني للظلال هو الظل الداكن الذي يتكون نتيجة لصدور الضوء على جسم معتم تماماً لا يسمح بمرور الضوء، مثل جسم أي كائن حي، كما يجدر الإشارة إلى أن كلما كان الجسم بعيد عن مصدر الضوء كان الظل باهت وقليل، بينما إن كان الظل قريب من مصدر الضوء يكون الظل أكبر وأطول، ويتحدد طول الظل وفقا لزاوية الضوء الصادر على الأجسام، سواء كانت حادة أو مستقيمة أو غير غير ذلك، إذ أن أقصر زاوية ظل تأتي من الزاوية العمودية.
كيف يتكون الظل
يتكون الظل عندما يتداخل جسم مظلم مع مسار الضوء، مما يؤدي إلى انعكاس الضوء وتكوين منطقة مظلمة حيث لا يصل الضوء إليها، ويظهر الجسم المظلم كظل داخل المنطقة المضيئة. على سبيل المثال، إذا كان شخصا يقف في ضوء الشمس، فإن ظله سيظهر لأنه يعترض الأشعة التي تسقط على الأرض ويكون له ظل مظلم، بينما الأجسام الشفافة تسمح بمرور الضوء، ويكون الظل حكرا على الأجسام المظلمة التي تعترض مسار الضوء وتمنع مروره.
أنواع الظل
تتعدد أنواع الظل المختلفة وتختلف حسب أحجامها وأشكالها، والعامل الرئيسي الذي يحدد نوع الظل هو شدة الضوء الساقط على الجسم المظلل، وتشمل هذه الأنواع
- الظل الكامل: الظل الذي ينتج بسبب وجود كمية كبيرة من الضوء، وحجمه يفوق حجم الجسم المعتم، ويحدث ذلك في الغالب تحت أشعة الشمس القوية، ويظهر الجسم في هذه الحالة بشكل كامل.
- الظل المشع: يظهر الضوء في الظل المشعشع من أطراف الجسم، حيث يكون الظل أقل ظلامة والجسم غير مظلم تماما.
- الظل متساوي العتمة: عندما يكون هناك إضاءة بكمية أقل من الجسم المعرض للإضاءة، يظهر الجسم بشكل ظل كامل بدون وجود أي إضاءة، ويتكون الظل الكامل خلف الجسم.
- ظل الإستواء: يتكون ظل الاستواء من سقوط الضوء بشكل عمودي على الجسم، مما يجعله أقصر أنواع الظل، ويظهر هذا النوع من الظل في فترة الظهيرة عندما تكون الشمس عمودية، وهو ظل قصير جدا يتكون للأجسام المعتمة.
العوامل المؤثرة على درجة وشكل الظل
هناك العديد من العوامل التي تؤثر على طول الظل، فطول الظل ليس ثابتًا طوال النهار ولا يتأثر بأي تأثير من الإضاءة، ويمكن أن يكون الظلطويلًا في بعض الأحيان وقصيرًا في أحيان أخرى، وقد يكون وراء الجسم في بعض الأوقات وبجانبه في أوقات أخرى، ويختلف طول الظل وشكله بسبب عدد من العوامل، وتتضمن ذلك:
تؤثر مدى تعامد الشمس على الأرض على تكوين الظل. يتأثر الظل بأشعة الشمس، ومدى قرب الأجسام من مصدر الضوء يؤثر على حجم ودرجة الظل. كلما ابتعد الجسم عن الظل، قل حجمه ودرجته، وكلما اقترب من مصدر الضوء، زاد حجمه ودرجته.
أشكال الظل خلال النهار
غالبًا ما يثير الظل الكثير من الأسئلة لدى الناس، حيث يلاحظون تغير شكله وحجمه خلال فترات النهار. يدهش الكثير من الناس صغر حجم الظل في فترة الظهيرة، على الرغم من أن سقوط الشمس بشكل عمودي على الأرض، والأمر يشير إلى أن الظل يجب أن يكون كبيرًا، ولكن هذا ليس صحيحًا
تشير الدراسات إلى أنه في بداية النهار ونهايته، عندما تكون زاوية الشمس صفر بالنسبة للأرض، يمكن الحصول على أعلى درجة ظل. أما في فترة الظهر، يكون الظل أقل بسبب تعامد زاوية الشمس على الأجسام، مما ينتج زاوية عمودية. يلاحظ أنه في بداية اليوم يكون الظل كبيرا ويتناقص تدريجيا حتى يصل إلى الظهر، وبعد الظهر يبدأ الظل بالزيادة مرة أخرى وتزداد درجته حتى غروب الشمس.
وفقا لذلك، فإن درجة الظل تتغير اعتمادا على إمالة أشعة الشمس التي تسقط على الأجسام، حيث يتم الحصول على أطول درجة ظل في الصباح والغروب، وتقل درجة الظل في وقت الظهيرة، ويتشكل الظل خلف الأجسام.
بالنسبة لموقع الضوء، يتغير وفقا للجهة التي ينبعث منها، فعندما يكون الضوء يسقط على الأشياء، يكون في الجهة المعاكسة للظل، وبمعنى آخر، عندما تشرق الشمس في الصباح، يكون الظل في الجهة الغربية للجسم، وعندما تنتقل الشمس إلى الجهة الأخرى، يتغير موقع الظل للجهة الشرقية.
استخدامات الظل
يحمل الظل أهمية كبيرة حيث استطاع الإنسان توظيفه في العديد من العلوم، ويعد الظل من الظواهر الطبيعية المتعلقة بالضوء التي ظهرت لها استخدامات وفوائد عديدة، وتتمثل هذه الفوائد في:
- يُستخدم الظل في المجال الطبي كعامل رئيسي في عمليات الفحص التي تعتمد على الإشاعات مثل الأشعة السينية وغيرها.
- يتم استخدام الظل لتحديد اتجاه السفن والسفر في كثير من الأحيان.
- يساعد الظل على تعديل درجة الحرارة وتخفيضها في حالات الحر الشديد.
- يُقلل الظل من خطورة ارتفاع درجة الحرارة.
- يستخدم الظل في مجال التقاط الصور والفيديو.
- تنتج الظل نتيجة لظاهرة الكسوف والخسوف، وهي إحدى الظواهر المفيدة للأرض.
- في الهندسة والبناء: يتم استخدام الظل كأحد العوامل التي تسهم في تصوير المباني الهندسية واكتشاف الأشكال الهندسية بهدف تحقيق تصور طبيعي للأجسام والفراغ المحيط.
- في الفنون والرسم: يُستخدم الظل في الفنون والرسم على الجدران، حيث يتم استخدام الظلال لإبراز الأشكال وتشكيل الرسوم، ويساعد الفنانون في إتمام لوحاتهم الفنية بشكل متميز.
- يستخدم الظل للتعرف على الوقت : في العصور القديمة، كان من الصعب تحديد الوقت باستخدام الساعة، وكان يتم الاعتماد على الظل لمعرفة الوقت. وذلك عن طريق قياس طول الظل واتجاهه. يمكن من خلال الظل معرفة وقت الظهر أو العصر وقبل الظهر وما إلى ذلك.
- استخدام الظل في الفلك: يستخدم الظل لتقدير مستوى الظلام وحجمه بالنسبة للشمس، كما يستخدم الظل في تعقب حركة الكواكب التي تمر أمام الشمس.