أشكال الظل خلال النهار
يمكن تعريف الظل على أنه منطقة مظلمة تتشكل نتيجة حجب جسم ما لأشعة الضوء. ومن المهم الإشارة إلى أن الظل لا يتكون عندما يكون الجسم شفافًا، لأن الأشعة في هذه الحالة ليست محجوبة. يتغير طول الظل على مرّ ساعات النهار، ويبدو مختلفًا وفقًا للوقت؛ إليك بعض التفاصيل حول هذه الظواهر.
الظل الطويل
يبلغ الظل أقصى طوله عندما تكون الشمس في أدنى موقع لها في السماء، ويحدث هذا في مرتين خلال اليوم: في الصباح الباكر وفي آخر ساعات النهار. بين هاتين النقطتين، يتغير طول الظل بشكل مستمر. متى يمكن أن يتساوى طول الظل مع ارتفاع الجسم؟ يحدث ذلك عندما تكون زاوية سقوط أشعة الشمس حوالي 45 درجة.
الظل القصير
طول الظل لا يظل ثابتًا أثناء النهار. فتحت أي ظروف يتشكل الظل في أقصر حجمه؟ يتم الوصول إلى أقصر طول ممكن للظل عندما تكون الشمس عمودية تمامًا في أعلى نقطة لها في السماء. وليس من الضروري أن تكون الساعة تمام الثانية عشرة، حيث يتأثر توقيت الظهيرة بالاختلافات الموسمية.
الظل الأمامي
يتشكل الظل عندما يحجب جسم ما أشعة الشمس، وبالتالي يمنعها من الوصول إلى الأرض. يتغير موقع الظل باستمرار وفقًا لكيفية حجب الضوء. يُلاحظ أن الظل يتشكل أمام الجسم بنفس شكل الجسم نفسه إذا كان مصدر الضوء متواجدًا خلفه، ويطلق عليه اسم الظل الأمامي نسبةً لموقعه.
الظل الخلفي
يعتمد موقع الظل على موضع الشمس بالنسبة للجسم، ويتشكل في الاتجاه المعاكس لموقعها. تمثل الشمس المصدر الأساسي للضوء خلال ساعات النهار، لذا يُلاحظ تشكل ظل يتشابه مع شكل الجسم خلفه عندما تكون الشمس في المقدمة، ويُعرف هذا بالظل الخلفي نظرًا لموقعه.
لماذا تختلف الظلال خلال النهار؟
توجد أنواع مختلفة من الظلال التي تُصنّف حسب نوع الظل أو الضوء. يؤثر كل من حركة مصدر الضوء وحركة الجسم نفسه بشكل كبير على اختلاف الظلال. خلال النهار، تتحرك الأرض حول الشمس، مما يتسبب في تغير الظلال المتشكلة. وإذا أخذنا بعين الاعتبار دوران الأرض، يتضح أن الاختلاف في أطوال الظلال ينبع أساسًا من اختلاف زاوية أشعة الشمس الساقطة على الأسطح.
يكون السبب الرئيسي وراء تفاوت طول الظلال خلال النهار هو تغير زاوية سقوط أشعة الشمس نتيجة الحركة المستمرة للأرض، مما ينتج عنه ظلال طويلة في ساعات الصباح، في حين تتقلص الظلال بشكل كبير عند منتصف النهار بسبب تحول زاوية سقوط الأشعة من الأفقية إلى العمودية تقريبًا.
هل تتغير الظلال بتغير الفصول؟
تختلف زاوية ميل محور الأرض حسب الفصول، مما يؤدي إلى تغييرات في طول الظلال كما يلي:
- في فصل الصيف: يكون محور الأرض مائلاً نحو الشمس مما ينتج عنه ظل قصير نسبيًا خلال ساعات النهار.
- في فصل الشتاء: يكون محور الأرض مائلاً بعيدًا عن الشمس، مما يؤدي إلى تشكيل ظلال طويلة بالمقارنة مع ظلال فصل الصيف.
العوامل المؤثرة على تشكيل الظل
يتأثر شكل الظل بعدد من العوامل، منها:
- البعد بين الجسم ومصدر الضوء: فكلما زادت المسافة بينهما، قل حجم الظل.
- زاوية سقوط الضوء على الجسم: يظهر ظل الجسم قصيرًا عند وقوع الضوء من زاوية مرتفعة، ويزداد طوله مع انخفاض مصدر الأشعة.
يعتمد شكل وطول الظل على موضع الجسم وموقع مصدر الضوء. وبما أن الشمس هي مصدر الضوء الثابت، فإن التغييرات في ظلال الجسم تُعزى إلى اختلاف موضع الأرض نتيجة دورانها المستمر، مما ينتج عنه تشكيل أشكال وأطوال مختلفة حسب هذه الحركة. يتكون الظل طويلًا عند وجود الشمس في الأمام، ويكون قصيرًا في حال كانت عمودية، بالإضافة إلى أن موقع الشمس بالنسبة للأجسام يؤدي إلى اختلاف أماكن ظلالها على الأرض، مما يجعلها تُكوّن خلف الجسم، أمامه، أو بجانبه، كما أن تغيرات الفصول تؤثر أيضًا على شكل الظلال نظراً للاختلاف في زاوية محور الأرض وبعدها عن الشمس.