影分身？影子的花式玩法了解下~_风闻
中科院物理所-中科院物理所官方账号-2019-01-30 10:36
话说每个人自出生起，
就一直有影子的陪伴。
有光的地方，就有阴影。
阴影指的是：
物体挡住光线时所形成的
四周有光中间无光的现象。
作为一个普遍的自然现象，
其在人类社会中有着形形色色的应用。
计时（日晷「rì guǐ」）
time
日晷的本意是太阳的影子。
其原理是：
利用太阳的投影方向来测定并划分时刻。
晴天时，
被太阳照射的物体的影子不断地变化。
1影子的长度在变幻
一般来说，早晨的影子最长，随着时间的推移，影子逐渐变短，一过中午又重新变长，可以据此来测定时刻。
以赤道式日晷为例，
其晷面平行于赤道面，
指针垂直晷面，
一天内，
太阳在星空背景下移动一度左右，
地球的固定点相对星空背景移动360度，
忽略太阳对星空背景的移动，
只取地球和太阳，
认为，
地球不动，
太阳绕地轴旋转一周，
固定点相对太阳位置变化的角度
除以360度，乘以24小时，
就是时间间隔。
赤道式日晷由于指针平行于地球转轴，
所以表刻是均匀的，可以用来计算时间。
（由于适用地域、角度、位置不同，日晷有各种分类。）
置于北京故宫博物院太和殿前的清朝赤道日晷。晷盘两面都有刻度，分子、丑、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌、亥十二时辰，每个时辰又等分为“时初”、“时正”，这正是一日24小时。
赤道式日晷表
2影子的方向在变化
由于地球围绕太阳公转，
北回归线以北的地方，
夏至的时候太阳到地球的最北方位置，
正午的时候影子最短，
冬至的时候太阳到最南方，
正午时刻影表最长。
春分和秋分的时候影子适中，
据此得出
春分、夏至、秋分、冬至
四个节气影子的变化。
根据这个古人经过观察制作了圭表，
能够准确测知当前的时节，月份。
圭表
（当然，我们常说有光的地方就有阴影，在阴天或者晚上的时候，无论是日晷还是圭表都没有了效果，此时漏刻、沙漏等计时工具应运产生。想看时间发展史戳这👉「今天，我想跟你聊聊时间捡……简史」）
天象（日食、月食）
celestial phenomena
“天狗把月亮吃了”的传说广泛流传在中国的民间历史中。
日食，
是指月球运动到太阳和地球中间，
如果三者刚好处于一条直线上，
月球就会挡住太阳射向地球的光，
月球身后的黑影正好落到地球上，
这时发生日食现象。
月食现象的出现与此类似。
日食月食示意图
大才子苏轼说过：
人有悲欢离合，月有阴晴圆缺。
以地球为参考系，
由于太阳与月亮的相对运动，
不仅出现了日食月食这样的奇异场景，
还有月亮的周期变化。
像这样子~~~
满月🌝
张弦月 🌔
上弦月🌓
峨眉月🌛
新月🌚
残月🌘
下弦月🌗
张弦月🌖
此外，
由于太阳光🌞
全方位发光照射以及地球为实心球体，
造成地球在阳光照不到的一面产生阴影，
从而在整个地球生命界
产生白天和夜晚的区别，
人类的日升而作日落而息的习惯，
以及人造光的产生都与阴影息息相关。
颜色
color
影子是什么颜色的？
黑色的比较常见🤔
由于投影面背后没有光透过，
所以不会有光反射到人眼中，
人看不到阴影，所以阴影是黑色的。
但你见过彩色的影子么🤓
人眼中光感受器细胞包含：
视锥，视杆细胞。
视杆细胞用于弱光下的辨形，
不能辨色。
（这就是为什么晚上光暗的情况下看东西是黑白的原因）
视锥细胞用于感知色彩，
分为三类，
分别对红、绿、蓝三种光敏感，
这三种颜色正是三基色，
三种颜色可以混合成其他颜色。
三基色混色
人感受到物体的颜色是
通过物体发出的或者反射的光
进入到人眼被感知得到。
回到彩色影子的话题中来，
利用不同的光源照射同一个物体，
由于投影面在不同区域内颜色混合，
所产生的影子颜色也不同，
从而产生彩色影子这一现象。
原理示意
猜猜看，灯源是什么颜色的？
相似三角形（光学）
similar triangles
阴影产生的原因是：
光沿直线传播
以及物体的对光的透过率很低。
同时，由于三角形的相似条件：
平行于三角形一边的直线和其他两边
（或两边的延长线）相交，
所构成的三角形与原三角形相似。
小孔成像，照相机，投影仪、
望远镜、皮影、电影
等等日常生活、娱乐、研究方面
都利用了这个原理。
（我们小学初中总是根据太阳影子计算旗杆高度的数学题也应用了这个🌝）
当然，
在医学检查中的X射线或者CT扫描
也是根据人体不同部位对光的透过率不同
通过影子判断内部器官是否有病变。
此外还有应有这个🌝：
（当然，进一步的由于光的波粒二象性所产生的干涉衍射现象我们在此不再细谈。）
本影半影
umbra and penumbra
影子在日常中刷的存在感不所谓不强，
但是与此同时，
晚上写作业的时候，
有灯光的情况下有影子字看不清？
医生做手术的时候
阴影挡住了要下刀的部位？
针对影子本身的研究也就开始了。
物体的影子由于光透过的数量不同可以分为
本影和半影。
当有多个光源照射到同一个物体上时，
完全没被光线照射到的地方叫做本影，
只有部分光源照射到的地方，
即半明半暗的地方叫做半影。
半影本影在日常中有许多体现，
人类之间相互接近会相互吸引，
你有没有发现影子也是这个样子？
当两个物体的影子相互靠近时，
会发现其存在着相互吸引的现象😘
这也是由于半影效应导致的🤓
由于日常生活中常见的光源
都不是理想的点光源，
所以其会有模糊的明暗过渡交界区：
半影区。
随着影子的靠近，
半影区叠加部分亮度变低，
接近本影，
看起来像是两个影子相互靠近一样。
影子靠近模拟图
（听说有光环的小天使们都是相互吸引的哦🤓）
半影本影在现实中的应用很多哦~~
专门用于手术中的无影灯
将发光强度很大的灯在灯盘上排列成圆形，
合成一个大面积的光源。
这样，
就能从不同角度把光线照射到手术台上，
既保证手术视野有足够的亮度，
同时又不会产生明显的本影。
无影灯
除此之外，
大家还可以想一想其他的应用，
比如说，
如何利用本影半影制造多个影分身~~~🤔
影子可用可玩可测可盘，
花式用途get到了嘛~
来试一试吧~
手影舞
参考文献：
1.知乎，尞祡，https://www.zhihu.com/question/35028826/answer/61083424
2.https://baike.baidu.com/item/影子/2631973?fr=aladdin
3.百度百科、抖音
4.https://mp.weixin.qq.com/s/OR4ix8pNb7kBoI2ppBLh7w