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站在树荫下不仅能乘凉,还可以“减重”!

来源:安顺电视网 | 2020-10-30 12:48

原标题:站在树荫下不仅能乘凉,还可以“减重”!

有人说影子是二维物体,有人说影子也有重量,这些都是真的吗?今天,就让我们一起重新认识“朝夕相处”的影子吧!

图片来源搜狐

影子从哪里来?

影子从定义上来说,是一种光学现象而非一个物体。光在空气(同种均匀介质)中沿直线传播,有体积的非透明物体挡住了光,在物体后方光线照不到的区域就形成了影子。

图片来源百度

当我们用较大的灯照射一个较小的物体时,会发现产生的影子不是一个清晰的整体,而是一个模糊的轮廓。

其中,靠近影子中间,颜色比较深的部分,叫做本影,而本影周围,颜色比较浅的部分,就叫做半影。

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图片来源百度

产生这种现象,是因为照射物体的光不只限于一点。从某些点射来的光被物体遮住了,从另一些点射来的光并不一定全被挡住,于是就出现了半明半暗的“半影”。

通常,发光物体的面积越大,本影的范围就越小,同时,半影的面积会相对增大,但颜色则会变浅。

无影灯就是利用了以上原理,将许多灯源排列成圆形,从多个角度同时照射物体,就可以使本影基本上“消失”。

无影灯运用在手术台上,能够保证光照亮度并排除手术过程中影子造成的视线干扰,确保手术顺利进行。

图片来源酷知网

无影灯虽然使得本影基本“消失”,但由于它的每根灯管都不是点光源,因此依然会有半影的存在,只不过半影的颜色非常淡,几乎可以忽略不计。

影子是二维的吗?

在我们的认知中,维度有这样几种:一个点的存在即为一维,有长宽的平面是二维,存在长宽高的物体则是三维。

如果从这个意义上来看,影子没有厚度,只是一个平面,似乎符合二维的定义,所以才会有“影子是二维物体”的说法。

然而,就如前文所说,影子从定义上来说并不是一种物体,而是一种光学现象,自然也就没有维度可言。

退一步说,假设影子是二维物体,但在任何维度的空间中,物体都是不能重叠穿透的,就像你不可能从对面的人的身体中穿过去一样。

然而,当两个人站在一起的时候,影子是可以相互遮盖、彼此重叠的,而且,重叠的部分颜色更深,这显然不符合物体不能重叠穿透的规律。

图片来源腾讯

因此,影子不是物体,更谈不上是二维的物体。通常认为,在三维空间中不可能出现其他维度的物体,事实上,现实生活中也确实从未发现二维物体。

影子有“重量”吗?

既然影子不是物体,那么自然也不可能有重量了吧?

然而,实验表明,当一个物体产生的影子投射在另一个物体上时,会使被投射的物体重量减轻。这又是什么原因呢?

既然影子是由光产生的,要想解开影子的谜题,就离不开对光的认识。在回答这个问题之前,我们需要先来解释一个概念——“光压”。

根据量子理论,光具有“波粒二象性”,它既是电磁波,又是粒子,即光子。虽然光子没有静态质量,但它是高速运动的,当光投射到一个物体上时,就像风吹动帆一样,会对物体施加一个力,这个力就是光压,也称为辐射压力。

图片来源百度

早在17世纪初,在解释彗星尾巴的形成时,天文学家开普勒就提出了光压的概念。

当彗星靠近太阳时,彗星燃烧产生的尘埃和气体分子产生尾巴,在太阳风(带电粒子流)和太阳辐射的光压强的共同作用下,尾巴总是指向太阳的相反方向。

太阳与彗星示意图,图片来源百度

了解了“光压”的存在,影子的“重量”也就能理解了。

当影子投射到某个物体上时,这个影子区域没有了光子的推力,也就是说,被投射的物体表面失去了光子推力,物体所表现出来的重量自然就会减少。

不过,这个减少的重量是微乎其微的,需要运用非常精密的仪器才能检测出来。日常生活中,我们难以察觉这样的细微变化。

其实在宇宙空间中,我们的地球无时无刻不受到太阳光压的影响。太阳光不断辐射,传送到地球表面会产生一个推力,导致地球不断远离太阳,不过这个移动距离非常小。

十九世纪中叶,物理学家麦克斯韦通过计算得出了太阳照射在地面黑体上产生的光压,其数值远远小于单位面积上一只蚂蚁对地球的压力。

看到这里,你是否对每天跟在我们身后的影子有了全新的认识?如果按照重量是静止状态下给予承载物压力的大小来考虑的话,影子其实应该是“负重量”。

虽然探讨影子本身的意义并不算大,但也别因此小瞧了我们的影子,许多科学家正是在研究影子如何形成的过程中发现了诸多物理奥秘。

如果你也对影子感兴趣的话,不妨自己多思考,多研究,说不定,下一个科学家就是你哦!

审核专家:吴宝俊,理论物理博士。

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