VI.4. Umbra și penumbra. Eclipsa de Soare și de Lună.
VI.4.1 Umbra și penumbra.
Deoarece lumina se propagă în linie dreaptă, atunci când întâlnește un corp opac (prin care nu poate trece) lumina nu poate ocoli obstacolul și în spatele corpului opac se formează umbra corpului (o zonă întunecată unde nu ajunge lumina) și penumbra corpului (o zonă mai puțin întunecată în care ajunge numai o parte din lumina produsă de sursă).
Sursele de lumină folosite în practică nu sunt punctiforme, ele au anumite dimensiuni şi de aceea în jurul umbrei unui corp luminat apare şi penumbra.
Pentru a desena umbra și penumbra unui corp opac
-
Trebuie întâi să desenăm sursa de lumină, de obicei în stânga și apoi corpul opac.
-
Desenăm un punct la sursă și la corp sus, respectiv jos.
-
Pentru a forma umbra corpului se duc 2 raze : prima (1) unim sus sursă cu sus corp și a doua rază (2) unim cu o linie jos sursă , jos corp.
-
Între aceste 2 raze, în spatele corpului opac conturăm umbra corpului, înnegrind-o cu creionul.
-
Pentru a forma penumbra corpului se duc alte 2 raze : prima (4) unim sus sursă cu jos corp și a doua rază (3) unim cu o linie jos sursă , sus corp. Între aceste 2 raze în spatele corpului opac , în jurul umbrei, conturăm penumbra corpului, înnegrind-o ușor cu creionul.
-
Umbra și penumbra au aceeași formă cu corpul. În cazul în care corpul este sferic, ele vor fi tot sferice. În cazul în care corpul este dreptunghiular, umbra și penumbra sunt și ele tot dreptunghiulare.
👀 Experiment: Umbra și penumbra corpurilor
Materiale necesare:
Lanternă de la telefon,lanternă cu iluminare largă, un corp opac (o lingură).
Modul de lucru:
- Luminează corpul opac cu lanterna telefonului, spre un perete.
- Ce observi ?
În spatele corpului opac se formează doar umbra lui (zonă întunecată), atunci când îl luminăm cu o sursă de lumină punctiformă (împrăștie un fascicul de lumină îngust).
- Luminează corpul opac cu o lanterna obișnuită (care să împrăștie lumina în mai multe direcții), spre un perete.
- Ce observi ?
În spatele corpului opac se formează atât umbra lui (zonă întunecată), cât și penumbra corpului (o zonă mai puțin întunecată, în jurul umbrei), atunci când îl luminăm cu o sursă de lumină nepunctiformă (împrăștie un fascicul de lumină larg, în mai multe direcții).
Concluzia experimentului:
Datorită propagării rectilinii a luminii, când în calea luminii așezăm un corp opac, în spatele lui se formează umbra (zonă întunecată) și penumbra corpului (zonă mai puțin întunecată).
VI.4.2. Extindere: Producerea eclipselor
Eclipsele sunt fenomene naturale care se datorează tot propagării rectilinii a luminii și formării umbrei și penumbrei.
👀 Experiment: Eclipsa de Soare
Materiale necesare:
Lanternă de la telefon, un balon umflat și prins cu o ață, o mingiuță prinsă cu o ață.
Modul de lucru:
- Ține mingiuța în fața balonului și lumineaz-o cu lanterna
- Ce observi ?
Umbra mingiuței cade pe balon.
Lanterna joacă rolul Soarelui, mingiuța este Luna și balonul este Pământul.
Concluzia experimentului:
Zonă de pe Pământ pe care cade umbra Lunii este în eclipsă totală de Soare.
Pentru a avea loc o Eclipsa de Soare, Luna trebuie să fie între Soare și Pământ, aliniate.
Desenul este identic cu cel de la umbră, numai că în locul sursei de lumină este Soarele și corpul opac este Luna.
Vom desena numai umbra Lunii pentru a nu încărca desenul. Pământul îl desenăm după ce formăm umbra Lunii astfel încât umbra Lunii să cadă pe Pământ.
Zonele de pe Pământ pe care cade umbra Lunii spunem că sunt în eclipsă totală de Soare.
Zonele de pe Pământ pe care cade penumbra Lunii spunem că sunt în eclipsă parțială de Soare.
Aplicații
Eclipsele totale de Soare sunt evenimente rare. În medie umbra Lunii trece prin același loc pe Terra doar o dată în 370 de ani. Însă răstimpul poate să nu fie decât un an (minimum), sau să se întindă pe milenii.
Secolul al XXI-lea numără 224 de eclipse de Soare, dintre care: 77 parțiale, 72 inelare, 68 totale și 7 hibride.
Eclipsa totală de Soare nu durează decât câteva minute, întrucât umbra Lunii se deplasează rapid spre Est, cu cel puțin 1.700 km/h.
Astronomii spun că de abia pe 3 septembrie 2081 va avea loc o eclipsă totală de soare vizibilă total de pe teritoriul României. Eclipsa (conul de umbră) va începe să cadă în Oceanul Atlantic, va trece prin Jersey, apoi va traversa Franța metropolitană (din Bretania până în Alsacia), Germania, Elveția, Italia de Nord, Austria, Slovenia, Croația, Ungaria, România, Bulgaria, va traversa Marea Neagră, apoi își va continua drumul prin Turcia, apoi prin Siria, Irak, Iran. Va traversa Golful Persic, apoi întregul Ocean Indian, pentru a se sfârși între insulele Sumatra și Java.
La 11 august 1999, a avut loc o eclipsă de Soare, ultima eclipsă totală de Soare din secolul al XX-lea. Pe teritoriul României a avut maximul, la Râmnicu Vâlcea.
Banca Națională a României a marcat evenimentul astronomic – Eclipsa totală de Soare din 11 august 1999, precum și intrarea într-un nou mileniu prin emiterea primei bancnote din polimer din Europa, în ediție limitată la 1 milion de exemplare.
Pentru a observa cu ochiul liber o eclipsă de Soare este nevoie de un filtru solar special (o peliculă aluminizată care oprește radiațiile periculoase ). Fără acest filtru observarea eclipsei duce la accidente grave ale ochiului, care pot ajunge până la orbire.
👀 Experiment: Eclipsa de Lună
Materiale necesare:
Lanternă de la telefon, un balon umflat și prins cu o ață, o mingiuță prinsă cu o ață.
Modul de lucru:
- Ține balonul în fața mingiuței și luminează-l cu lanterna.
- Ce observi ?
Umbra balonului cade pe mingiuță.
Lanterna joacă rolul Soarelui, mingiuța este Luna și balonul este Pământul.
Concluzia experimentului:
Când Luna se află în umbra Pământului are loc o eclipsă totală de Lună.
Pentru a avea loc o Eclipsa de Lună trebuie ca Pământul să fie între Soare și Lună, aliniate.
Desenul este identic cu cel de la umbră, numai că în locul sursei de lumină este Soarele și corpul opac este Pământul.
Vom desena numai umbra Pământului pentru a nu încărca desenul. Luna o desenăm după ce formăm umbra Pământului, astfel încât Luna să fie în umbra Pământului.
Când Luna se află în umbra Pământului spunem că are loc o eclipsă totală de Lună.
Când Luna se află în penumbra Pământului spunem că are loc o eclipsă parțială de Lună.
🔐 Aplicații
Timpul de la primul contact al Lunii cu conul de umbră al Pământului până la ultimul contact este mai mare ca la eclipsa de Soare, putând dura chiar și 6 ore.
Ultima eclipsă de Lună a fost cea din noaptea de 5 iunie 2020.
Următoarea eclipsă de Lună va fi vizibilă în România în data de 16 mai 2022.