что такое тень и полутень
Что такое тень с точки зрения физики?
Куда бы мы ни отправились, за нами всюду следует тень. Утром и вечером она становится длинной, намного больше человеческого роста, а к полудню укорачивается, превращаясь в куцую кляксу под ногами.
Если же зайти в помещение, освещённое газоразрядной лампой, она исчезает совсем. Итак, что такое тень с точки зрения физики?
Тень с точки зрения физики
Поскольку физика имеет дело исключительно с материальными объектами, тень для этой научной дисциплины является оптическим явлением, неразрывно связанным с источником света. Если взять лампу, свечу или другой источник светового излучения, и поместить в его лучи любой непрозрачный объект, то на поверхности предметов, находящихся за этим объектом, возникнет тёмный силуэт, называемый тенью. Тень не существует сама по себе, она всегда появляется, когда физическое тело препятствует попаданию света на другие физические тела.
Контуры тени всегда в определённой степени повторяют контуры объекта, который её образует, но с известным искажением. Теоретически можно получить тень, контуры которой будут полностью идентичны объекту, если расположить объект и плоскость, на которой образуется тень, строго перпендикулярно световым лучам. При этом размер источника света должен повторять размеры объекта, чтобы все лучи света падали на него под прямым углом.
Свойства тени
На практике тень всегда искажает контуры тела, которое её отбрасывает, так как световые лучи падают на него и на плоскости, где образуется тень, под разными углами. Искажения зависят от:
– угла падения света на объект и на поверхность образования тени;
– интенсивности света (чем он ярче, тем визуально гуще тень);
– прозрачности среды прохождения лучей (часть лучей света может рассеиваться, если среда неоднородна по прозрачности – морская вода, матовое стекло и т.д.);
– удалённости источника света от объекта и поверхности;
– расстояния между объектом и поверхностью, на которой образуется тень;
– фактуры поверхности – гладкой, шероховатой, волнистой и т.д.
Изменяя эти факторы, можно изменять очертания тени, делая их чёткими либо размытыми, увеличивать и уменьшать длину тени, её интенсивность от бледно-серой до насыщенно тёмной, а также некоторые другие параметры тени, отбрасываемой объектом.
Взаимодействия теней
Тень не является самостоятельным объектом, поэтому любые взаимодействия между тенями предметов возможны лишь в том случае, когда эти предметы входят в реальное соприкосновение. Даже если расположить источник света под нужным углом, вызвав соприкосновение теней предметов, это никаким образом не отразится на их настоящем местоположении.
Один и тот же предмет может отбрасывать несколько теней, если его освещают несколько источников света. Чем ярче источник, тем гуще будет его тень. Если поместить предмет между двумя источниками света, тень появится лишь с одной стороны, противоположной более мощному источнику световых лучей.
При освещении объекта несколькими одинаковыми источниками света с разных сторон, его тени визуально исчезнут. В то же время, освещённость поверхности вокруг объекта будет различной на разных участках, т.е. там, куда падает тень от одного из источников света, она будет меньше, чем на соседнем участке, где никаких теней нет.
Бестеневые светильники
В ряде отраслей – в медицине, приборостроении, часовой промышленности и др. – крайне важно, чтобы поле деятельности всегда было хорошо освещено. В этих случаях используются бестеневые светильники, световое излучение которых не приводит к образованию теней.
Равномерная освещённость всех поверхностей достигается распределением источников света по всему помещению, а также использованием специальной светорассеивающей и отражающей арматуры. В качестве арматуры используются плафоны из матового стекла, рефлекторы сетчатой и изогнутой формы, обеспечивающие рассеивание световых лучей в разных направлениях. В качестве светоиспускающих ламп используются газоразрядные, галогенные и светодиодные светильники.
Законы светотени: от простых форм до портрета
Чтобы понять как изобразить объем, начинающих учат рисовать геометрические фигуры. Но как передать свет и тень на более сложных формах? Например в портрете? Рассмотрим законы светотени на примере рисунков различных объектов, в том числе рисунке головы человека.
Сначала немного теории
Мы видим окружающий мир благодаря тому, что свет отражается от поверхностей с разной силой. Поэтому мы воспринимаем предметы объемными. Чтобы передать иллюзию объема на плоскости, нужно научиться изображать светотень, которая состоит из:
На примере рисунка шара, куба и головы человека Вы можете увидеть где находятся перечисленные области светотени. Но теперь подробнее о каждой.
Кроме описанной последовательности, есть ещё одна закономерность. На схематичном рисунке видно, что если провести перпендикуляр к направлению света, то он совпадет с самыми темными местами предмета. Т. е. тень будет располагаться перпендикулярно свету, а рефлекс будет находиться на противоположной блику стороне.
Форма границы между светом и тенью
Следующее, на что нужно обратить внимание — это на границу света и тени. На разных предметах она приобретает разную форму. Посмотрите на рисунки шара, цилиндра, куба, вазы, и на рисунок головы человека.
Конечно, граница между тенью и светом чаще всего размытая. Четкой она станет только при ярком направленном свете, например, при свете электрической лампы. Но начинающим художникам следует научиться видеть эту условную линию, тот рисунок, который она образует. Эта линия везде разная и постоянно меняется в зависимости от изменения характера освещения.
На рисунке шара видно, что линия границы имеет изгиб, т. е. похожа на овальную форму. На цилиндре — она прямая, параллельная сторонам цилиндра. На кубе — граница совпадает с ребром куба. А вот на вазе, граница между светом и тенью представляет собой уже извилистую линию. Ну, а в портрете эта линия приобретает сложную, замысловатую форму. Граница света и тени здесь зависит и от характера освещения, и от формы головы человека, черт лица и анатомических особенностей. В данном рисунке она проходит по краю лобной кости, по скуловой кости, и далее вниз, к нижней челюсти. В рисунке головы человека очень важно различать светотень на всей голове в целом и светотень на каждом отдельном участке лица, например, на щеках, губах, на носу, подбородке и т. д. Начинающим художникам следует приучить себя видеть рисунок, который образует граница между светом и тенью. Например, особенно причудливый характер она приобретает в природных формах. Одно дело — рисовать простые геометрические фигуры, и совсем другое — стволы деревьев, листву, рельеф каменистого берега, лепестки цветов, траву… Чтобы научиться передавать объем или светотень на таких сложных объектах, сначала учатся на простом. Далее, усложняют задачу. Например, начинают с рисунка цилиндра, а с приобретением уверенности можно порисовать складки на тканях. Потом — натюрморты. Ну, а дальше, и пейзажем можно заняться или портретом.
Направленный и рассеянный свет
Чтобы легче было разобраться в вышеизложенных аспектах, можно поэкспериментировать со светом от настольной лампы. Она дает яркий и резкий свет, при котором хорошо видны рефлексы, тени… Попробуйте подсветить какой-либо предмет сначала с одной стороны, а потом — с другой. Попробуйте поменять направление света, приблизить или удалить лампу. Это поможет Вам наглядно увидеть все тонкости обсуждаемой темы.
В изобразительном искусстве есть прием, который получил название «кьяроскуро». Его суть заключается в противопоставлении света и тени. Известным художником, активно использовавшим кьяроскуро был Караваджо. На его полотнах хорошо виден этот прием. При искусственной подсветке создаётся среда, в которой свет становится очень ярким, а тень очень темной. Это даёт тоновой контраст и делает живопись насыщенной и резкой. При таком освещении хорошо видны все нюансы светотени и начинающим будет проще научиться передавать объем. При рассеянном дневном свете (когда облачно) тени не так сильно выражены как в солнечную погоду (или при свете лампы). Поэтому в процессе обучения лучше использовать искусственную подсветку с одним источником света. При нескольких источниках, ситуация усложняется и в постановке можно наблюдать несколько падающих теней, а вышеизложенная последовательность — свет-полутень-тень-рефлекс — может быть изменена.
Итак, чем же на практике отличается рисунок, когда используется направленный или рассеянный свет? На иллюстрации видно, что при яркой подсветке полутень становится уже, и будет выглядеть менее выраженной. Граница между светом и тенью хорошо заметна. А падающая тень имеет четкие края и выглядит более темной. При рассеянном свете — все с точностью до наоборот. Полутень шире, тень мягче, а падающая тень не имеет четкого контура — ее граница становится размытой.
Все эти особенности светотени будут заметны не только при электрическом свете или его отсутствии. Когда в ясный день светит солнце, свет будет четко направленным и резким. Когда облачная погода — он будет рассеянным. Соответственно это скажется на светотени деревьев, ландшафта или даже интерьера комнаты, освещенной светом из окна.
Заключение
Можно еще долго продолжать обсуждение данной темы. Но лучше всего наблюдать своими глазами за реальным миром. Как освещены объекты? Как меняется светотень и при каких условиях? Задавайте себе эти вопросы и находите ответы, когда наблюдаете за натурой. Нет ничего лучше натуры. Поэтому, помня описанные выше закономерности светотени, наблюдайте, запоминайте, делайте зарисовки с натуры. Тогда Вы сможете уверенно воплотить законы светотени на практике.
Источники света: какие бывают, явление тени и полутени, распространение света
В жизни вы сталкиваетесь с различными источниками света — солнцем, лампами накаливания и флуоресцентными лампами, иногда свечами и костром. Эти источники, которые вы видите — мы говорим, что они излучают свет. Как вы видите разные предметы? Люди, машины, здания? Как распространяется свет? Везде ли он проходит?
Почему мы видим?
Когда темно, мы не можем различать цвета и формы предметов. Чтобы увидеть мир красивым и красочным, нужен свет.
Чтобы мы могли что-либо увидеть, свет должен попасть в наш глаз и создать визуальное впечатление. Этот свет может исходить непосредственно от источника света. Мы также можем видеть объекты, от которых свет отразился.
Действия света.
Самое известное действие света — это освещение.
Когда мы подносим руку к лампочке, мы чувствуем ее тепло, и точно так же в прекрасный солнечный день, если мы слишком долго загораем на пляже, мы можем обгореть. Это доказывает, что свет передает энергию (это ничто иное как тепловое действие света).
Интересный факт! Тёмная поверхность лучше поглощает свет, чем светлая. Поэтому в жаркую погоду лучше носить светлую одежду [2].
Свет может производить также химическое действие, то есть вызывать химические реакции. Например, свет используется в том числе и растениями в процессе фотосинтеза.
Под действием света из вещества могут вылетать электроны, в результате чего возникает электрический ток. Это — электрическое действие света. Его используют, например, в цифровых фотоаппаратах [2].
Какие бывают источники света?
Мы говорим, что некоторые тела излучают (испускают) радиацию. Что это такое? Это может быть посланная волна или поток частиц. О природе радиации, ее свойствах и о том, вредна ли она, вы можете узнать из соответствующих статей на нашем сайте.
Свет — это определенный тип излучения, который мы можем воспринимать с помощью зрения. Все тела, являющиеся источником светового излучения, будем называть источниками света.
Помните! Источник света — это любое тело, которое испускает световое излучение.
Известные нам источники света можно разделить на две группы:
Источники естественного освещения включают:
Примеры искусственных источников света включают:
Любопытно знать.
Первичным источником света, связанным с открытием человеком способа добывания огня, было горение дерева (костер). Очень скоро наши предки научились сжигать растительные и животные жиры, благодаря чему были изобретены лампы на оливковом масле (масляные лампы).
Рис. 1. Масляная лампа (источник: wikipedia.org)
Спустя какое-то время человек научился делать свечи. Прорывом в технике искусственного освещения стала конструкция керосиновой лампы. Это сделал в 1853 году поляк Игнаций Лукасевич.
Его изобретение произвело революцию в технологии освещения. Игнатий Лукасевич руководил работой первых в мире нефтеперерабатывающих заводов, которые были созданы в Подкарпатском регионе недалеко от Кросно. Со временем керосиновую лампу начали постепенно заменять электрическим освещением. Появилась первая электрическая лампочка.
Современным источником света являются органические светодиоды (OLED), которые в настоящее время используются в производстве телевизионных матриц. В отличие от телевизоров на основе жидкокристаллической технологии (LCD), OLED-телевизоры не требуют подсветки матрицы, поскольку органические диоды сами излучают разноцветный свет. Кроме того, эти диоды очень гибкие, что, помимо прочего, позволяет скрыть выдвижной мини-экран, например, в шариковой ручке!
Что не является источником света?
Не все предметы и объекты, которые кажутся светящимися, являются источниками света.
Планета Венера часто видна на небе перед восходом или сразу после захода солнца. Это третий по яркости объект на небе (после Солнца и Луны). Свет Венеры иногда настолько силен, что освещенные ею объекты отбрасывают тень. Однако этот объект вовсе не является источником света! Венера отражает солнечный свет настолько сильно, что кажется звездой. На самом деле, каждая планета, которую мы можем наблюдать в небе, кажется, сияет своим собственным светом — но это отраженный солнечный свет. Мы не можем считать планеты источниками света, потому что они не излучают свет, а только отражают его.
То же самое можно сказать и о Луне, которая в полнолуние очень хорошо освещает окружающий ландшафт и предметы. Луна также не излучает свет, а только отражает солнечный свет.
Помните! Не все объекты, которые излучают свет, являются источниками света. Объекты такого типа светятся отраженным светом. К ним относятся Луна и планеты, которые не излучают свет, а только отражают солнечный свет.
Распространение света
Давайте теперь рассмотрим, как свет распространяется в пространстве. Свет — это излучение, которое распространяется в вакууме с максимально возможной в природе скоростью (скоростью света), которая составляет c ≈ 300 000 км/c.
Основные свойства света были известны еще в древности. Ещё Древние греки на основании своих наблюдений пришли к выводу, что при распространении света возникают явления тени и полутени — оба явления являются доказательством того, что свет в однородной среде распространяется по прямой линии (прямолинейно). Тени людей, деревьев, зданий и других предметов хорошо наблюдаются на Земле в солнечный день.
Эксперимент
Попробуйте провести эксперимент для подтверждения этого наблюдения.
Опыт. Доказательство прямолинейного распространение света.
Что вам понадобится?
Рис. 2. Распространение света в камере-обскуре
То, что мы построили, является прототипом камеры. Это устройство для проецирования трехмерного изображения на плоскую поверхность, с помощью которого можно наблюдать за миром. Если на место черной поверхности поместить фотопластинку или светочувствительную матрицу от цифровой камеры, то такое изображение можно было бы даже записать. Наш прибор, который носит латинское название «camera obscura» (камера-обскура), работает по принципу прямолинейного распространения света (см. рисунок 2 ниже).
Луч, выходящий из верхней части лампы, идет по прямой линии к отверстию в коробке. Он проходит через отверстие внутрь и попадает на экран, создавая изображение верхней части лампочки на нижней части экрана. Аналогично, луч, выходящий из нижней части лампы, направляется к отверстию в коробке, а затем в верхнюю часть экрана. Это создает перевернутое изображение лампы или других объектов.
Интересный факт! Древние египтяне использовали закон прямолинейного распространения света для установления колонн по прямой линии. Колонны располагались так, чтобы из-за ближайшей к глазу колонны не были видны все остальные.
Явление тени и полутени
Там, где есть непрозрачное препятствие, световые лучи останавливаются, и создается область тени, то есть область, куда световые лучи не могут достичь. Другими словами, тень — это область, до которой не доходят лучи света.
Рис. 3. Образование тени
Посмотрите на свою тень, когда вас освещает солнечный свет. Имеет ли она резкие края, или вы видите область, где тень «слабее», а края тени размыты?
Эффект «более светлой» тени называется полутенью. Как это проявляется?
Рис. 4. Образование полутеней
Полутень создается, когда есть непрозрачный объект, освещенный протяжённым источником света (то есть источником света который относительно велик по сравнению с расстоянием между этим источником и освещаемым объектом). Другими словами, полутень — это та область, в которую попадает свет от части источника света. Тень без полутени создается только при освещении непрозрачного объекта точечным источником света.
Если непрозрачный объект освещается протяженным источником света или если объект освещается несколькими точечными источниками, то в дополнение к тени создается область полутени, которая получает свет только от части источника света.
Когда мы говорим о протяженных источниках света, мы имеем в виду источники света, размер которых относительно велик по сравнению с расстоянием до освещаемого объекта. Например, Солнце достаточно велико по сравнению с расстоянием между ним и Землей, чтобы мы могли рассматривать его как протяженный источник света.
Светящаяся электрическая лампочка является примером источника света, который, в зависимости от расстояния до освещаемого объекта, может рассматриваться как протяженный источник — если он находится близко — или как точечный источник — если расстояние, отделяющее его от освещаемого объекта, достаточно велико.
Точечный источник света — это источник, размер которого значительно меньше расстояния до освещаемого объекта. Например, звезда, удаленная от нас на тысячи световых лет, несмотря на свои огромные размеры, может рассматриваться как точечный источник света, поскольку ее диаметр по сравнению с расстоянием до Земли очень мал.
За освещенным объектом создается тень. Поскольку протяжённый источник света освещает объект под разными углами, часть лучей может освещать область позади объекта и таким образом создавать тень, которая немного светлее той, что создается непосредственно за объектом. Эта чуть более светлая тень называется полутенью. Когда мы находимся в зоне полутени, мы видим часть поверхности источника света.
Явления полного или частичного затмения
При движении вокруг Земли Луна может оказаться между Землёй и Солнцем или Земля — между Луной и Солнцем. В этих случаях наблюдаются солнечные или лунные затмения.
Это обосновывается тем фактом, что из области тени мы вообще не можем наблюдать источник света. Такая ситуация возникает, как раз, во время солнечных затмений. Если вы находитесь в конусе тени Луны, вы будете наблюдать закрытый диск Солнца. То есть, во время солнечного затмения тень от Луны падает на Землю.
Если вы находитесь в области полутеневого конуса Луны, вы увидите так называемое частичное затмение — часть диска Солнца будет заслонена диском Луны. То есть, во время лунного затмения Луна попадает в тень, отбрасываемую Землёй.
На той части Земли, там, где падает тень, будет видно полное солнечное затмение. Там, где полутень, только часть Солнца будет заслонена Луной, т.е. произойдет частичное солнечное затмение. На остальной части Земли затмения не будет.
Поскольку движения Земли и Луны неплохо изучены, затмения предсказываются на годы вперед. Исследователи используют каждое затмение для различных научных наблюдений и измерений. Полное солнечное затмение дает возможность наблюдать внешнюю часть атмосферы Солнца (солнечную корону). В обычных условиях солнечная корона невидима из-за слепящего блеска поверхности Солнца.
Основные понятия: блик, свет, полутень, тень собственная, рефлекс, тень падающая. Средства передачи объема в рисунке
Различие плоского и объемного изображения.
Материалы для рисования
Изображение является отражением пространственной структуры одного объекта (оригинала) в пространственной структуре другого объекта (носителя).
Светотень — наблюдаемое на поверхности объекта распределение освещённости, создающей шкалу яркостей. Свет является одним из основных изобразительных средств: от условий освещения зависит передача формы, объёма, фактуры объекта и глубины пространства. Объект зрительно воспринимается только тогда, когда он освещён, то есть когда на его поверхности образуется светотень из-за разной освещённости. В зависимости от положения объекта по отношению к источнику света, вида (фактуры) и цвета его поверхности и ряда других факторов светотень будет иметь ту или иную яркость. Различают следующие элементы светотени: свет, блик, тени, полутень, рефлекс.
Элементы светотени у объекта и изображения часто называют тона́ми. Таким образом, блик представляет собой наиболее яркий тон, а тень — наименее яркий. Глаз различает значительное число тонов. Чем шире шкала тонов, тем меньше они различаются по яркости друг от друга, тем менее контрастным воспринимается объект; чем она у́же, тем бо́льшими будут различия яркостей между тонами, тем более контрастным явится объект.
Свет, блик, полутона, тень, рефлекс— это именно те выразительные средства, с помощью которых художник передает объем предмета в рисунке. От того, как распределяются эти элементы светотени на рисунке зависит восприятие формы и объема изображенных предметов.
Свет — ярко освещенная поверхность. Однако, как бы ярко она не была освещена, свет все равно тонируется, хоть и достаточно легко. Чтобы определить, насколько интенсивной должна быть штриховка, можно поставить, например, в натюрморт, лист белой бумаги для сравнения.
Блик — светлое пятно на освещенной поверхности — чистый, отраженный свет. Блик — самое яркое пятно в рисунке, иногда он может быть цвета бумаги (но, если вы рисуете натюрморт из нескольких предметов, на каждом из них могут быть блики разной интенсивности. А может и вообще не быть — в зависимости от освещения и материалов).
Полутон — пограничная освещенность, переход от света к тени. Полутона появляются там, где есть непрямое освещение, лучи падают на поверхность предмета под углом. Как вы понимаете, таких переходных тонов может быть множество. В литературе могут попадаться разные названия: полусвет, полутень. Это связано с тем, что глаз воспринимает очень большое количество тонов — следовательно, шкала полутонов, которые вы используете, может быть очень широкой. На круглых поверхностях переход между полутонами будет мягким и незаметным, без резких границ. На предметах прямоугольной формы свет и тень могут лежать на соседних гранях, безо всякого перехода между ними). Полуте́нь — слабая тень, возникающая, когда объект освещён несколькими источниками света. Она также образуется на поверхности, обращённой к источнику света под небольшим углом.
Тень— не освещенная, или слабо освещенная поверхность. Тени также могут быть более или менее интенсивными. Различают собственные и падающие тени.
Падающая тень — это то же, что мы называем тенью в быту, предмет отбрасывает ее на другие поверхности.
Собственная тень — неосвещенная сторона самого предмета. Обычно в рисунке собственная тень темнее, чем падающая. Даже, если настоящее освещение слабое, и тени не слишком интенсивные, художник часто усиливает собственную тень для того, чтобы форма предмета лучше читалась.
Рефлекс— появляется в собственной тени. Рефлекс — это отраженный свет от соседних предметов. В живописи рефлексы будут цветными, отражающими цвет предметов вокруг. Но, независимо от цвета, по тону рефлекс будет обязательно светлее тени. Яркость рефлекса также будет разной, в зависимости от поверхности. На глянцевых предметах могут быть очень яркие и светлые рефлексы, на матовых — почти не заметные.
Итак, на каждом изображаемом предмете должны присутствовать: свет, блик, полутень, тень, рефлекс. Именно в таком порядке. И у каждого элемента светотени своя роль.
Свет и тень — самые выразительные средства рисунка. Они одинаково важны для общего результата. По ходу работы нужно все время контролировать, не пропали ли из рисунка свет или тень, не превратились в полутона. Если это произойдет, рисунок будет казаться серым. Хотя, это может быть именно тем эффектом, который вам нужен — к примеру, если вы рисуете дождь или туманный пейзаж.
Полутона важны для объема. Чем больше полутонов, тем объемнее предметы. Хотя, использовать полутона или нет — опять же, зависит от задачи. Скажем, плакаты, комиксы или рисунки граффити могут спокойно обходиться вообще без полутонов.
Блики и рефлексы оживляют изображение. В зависимости от того, как вы их используете, они могут или придать реалистичность изображению, или наоборот. Неправильно поставленный блик или рефлекс может разрушить форму, даже если другие элементы светотени лежать правильно. При этом, каждый предмет не существует в изображении сам по себе. Важно распределить свет и тень по всему рисунку. Чтобы определить, где будут лежать основные света и тени, попробуйте посмотреть на то, что вы рисуете, прищурившись, как бы из-под ресниц. Предметы, которые находятся ближе обычно освещены больше, на них самые яркие контрасты. Дальние — в большей степени будут состоять из полутонов
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет