Question

Почему чем ближе объект к земле, тем чётче его тень?

Answer 1

Нет, дифракция с интерференцией тут совершенно ни при чём, это обычная геометрическая оптика. Для объяснения световые лучи вполне можно считать строго прямыми линиями, никуда не отклоняющимися.

Вся штука в том, что Солнце - не точечный источник. Его угловые размеры - примерно полградуса, а это довольно много. Поэтому полутень, вот та зона нечёткости при переходе от полноой освещённости к полной затенённости, - это зона, из которой видно не весь солнечный диск. Зона, в которой предмет, отбрасывающий тень, частично этот диск закрывает, и степень этого закрытия постспенно меняется от нуля до единицы.

Ну а дальше простая геометрия. Длина катета равна произведению тангенса угла на второй катет - это единственная "строгая формула", которая тут требуется. Значит, чем больше один катет, чем дальше мы от центра (от границы предмета, отбрасывающего тень), тем больше длина второго катета при одной и той же величине угла.

Answer 2

Как там поется у Виктора Третьякова? "И не смотри на меня как шизика, это ж просто начальная физика!"...

Точнее это явление дифракции в сочетании с интерференцией, принцип Гюйгенса-Френеля, который звучит примерно так: в любой момент времени волновая поверх­ность представляет собой результат интерференции огибающих его вторичных волн.

Размытость тени определяется как раз дифракцией, и чем меньше расстояние от предемета до его тени, тем эта дифракция меньше, а тень соответственно чётче.

Правда здесь еще многое зависит от диаметра предмета, точнее его экранирующей площади. В общем там (см. описание) есть довольно строгие формулы, которые и дают ответ на твой вопрос.

Answer 3

Рисунок поясняет, как образуется полутень, то есть, плавный переход от света к тени. Мысленно проведите прямые линии от точки 1 экрана до нескольких точек по всей длине источника. Понятно, что точка 1 и все точки экрана, расположенные ниже её, получают свет от всех точек протяжённого источника.

До каких точек источника вы можете протянуть прямые линии от точки 2 экрана? До всех, расположенных между точками 2 и 3 экрана. То есть, точка 2 получает свет только от половины протяжённого источника.

Путь света к точке 3 экрана совсем перекрыт непрозрачным предметом. Здесь кончается полутень и начинается тень.

Answer 4

Солнце - это вовсе не точка, а занимает примерно половинку градуса, поэтому - всегда есть полутени, ведь существует промежуток, где скрыт не весь солнечный диск, а только часть его (свет не столь интенсивен, поэтому тень не такая темная).

Соответственно, чем зона полутени будет меньше, тем более будет иметь четкие очертания сама тень. Для не объемной фигуры на плоскости тени нет вообще, она полностью покрыта лучами. Как только фигура приобретает объем (растет вверх над плоскостью), тень у нее появляется и растет, но также растет и площадь полутени, что делает тень от объекта более не четкой и расплывчатой.