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Formação da Sombra e da Penumbra

Física

A sombra e a penumbra são formadas em consequência ou aplicação do princípio da propagação retilínea da luz.
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O que é sombra? O que é penumbra?

São evidências da propagação retilínea da luz e explicadas de forma simples e objetiva pela óptica geométrica, que é um ramo da física que estuda os fenômenos luminosos e suas aplicações.

O princípio da propagação retilínea da luz diz que em um meio homogêneo e transparente, como o ar, a luz se propaga em linha reta. Uma das consequências ou aplicações desse comportamento da luz é a formação de sombra e penumbra, que se dá quando a luz encontra em seu caminho um objeto opaco (todo objeto que não permite a propagação da luz através de si).

O que determinará a formação de sombra ou penumbra será o tipo de fonte de luz, que pode ser uma fonte pontual ou extensa, vamos distinguir os dois casos:

1º: Fonte pontual (fonte de luz com dimensões pequenas em relação ao que vai iluminar):

Na figura 1, temos uma fonte pontual F e uma esfera opaca E.

Uma fonte pontual F emite luz em todas as direções. A esfera opaca E não permite que a luz se propague e dessa forma os raios luminosos não atingem a região atrás da esfera. Essa região não iluminada é denominada sombra.

Sombra é a região onde há ausência de luz

Observe que a fonte F é pequena quando comparada às dimensões da esfera E, por isso dizemos que ela é uma fonte pontual ou puntiforme.

Observando a figura, nota-se que sombra é uma região onde há ausência de luz e ocorre quando a fonte luminosa é pontual.

2º Fonte extensa (fonte de luz com dimensões consideráveis em relação ao que vai iluminar):

Agora considere na figura 2 uma fonte de luz F extensa.

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Com a fonte de luz extensa, pode-se observar na figura que existe uma região atrás do objeto opaco que recebe uma pequena intensidade de luz da fonte, não sendo totalmente escura, esta é denominada penumbra.

Penumbra é uma região parcialmente iluminada

Logo, penumbra é uma região parcialmente iluminada e ocorre quando se tem uma fonte de luz extensa. Note que a fonte de luz e a esfera têm dimensões semelhantes e são quase do mesmo tamanho. Por isso, diz-se que a fonte é extensa.

Um fenômeno que se pode observar da Terra que tem origem através da formação da sombra e penumbra é o eclipse. O eclipse é um fenômeno que envolve o Sol, a Lua e a Terra, podendo se manifestar de duas formas, eclipse solar e eclipse lunar.

Eclipse Solar

No eclipse solar, a sombra e a penumbra da Lua são projetadas na superfície da Terra e isso dará origem ao eclipse, que pode ser total ou parcial. O eclipse será total para observadores que estiverem na região da sombra e parcial para observadores que estiverem na região de penumbra.

No eclipse solar, a sombra e a penumbra da Lua são projetadas na superfície da Terra

Eclipse Lunar

A luz solar quando tangencia a Terra faz com que uma sombra seja formada na parte de trás da Terra, denominada sombra da Terra. Quando a lua entra nessa região, os observadores na Terra não conseguem mais enxergá-la, dizemos então que ocorreu um eclipse lunar.

Tem-se o eclipse lunar quando a Lua penetra na região de sombra da Terra


Por Nathan Augusto
​Graduado em Física

Os fenômenos de eclipse solar e lunar são exemplos da formação de sombra e penumbra
Os fenômenos de eclipse solar e lunar são exemplos da formação de sombra e penumbra

Gostaria de fazer a referência deste texto em um trabalho escolar ou acadêmico? Veja:

FERREIRA, Nathan Augusto. "Formação da Sombra e da Penumbra"; Brasil Escola. Disponível em: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/sombra-penumbra.htm. Acesso em 17 de outubro de 2019.

Lista de Exercícios
Questão 1

(UFF - RJ) Para determinar a que altura H uma fonte de luz pontual está do chão, plano e horizontal, foi realizada a seguinte experiência. Colocou-se um lápis de 0,10 m, perpendicularmente sobre o chão, em duas posições distintas: primeiro em P e depois em Q. A posição P está, exatamente, na vertical que passa pela fonte e, nesta posição, não há formação de sombra do lápis, conforme ilustra esquematicamente a figura.

Na posição Q, a sombra do lápis tem comprimento 49 (quarenta e nove) vezes menor que a distância entre P e Q. A altura H é, aproximadamente, igual a:

a) 0,49 m

b) 1,0 m

c) 1,5 m

d) 3,0 m

e) 5,0 m

Questão 2

(FMTM - MG) O Brasil pôde presenciar, durante a passagem do dia 15 ao 16 de maio, mais um eclipse total da Lua, fato comentado por todos os jornais. Observe a manchete:

Céu limpo realça “show” do eclipse

Em termos astronômicos, o eclipse teve início às 22h05, quando o satélite começou a entrar na zona de penumbra causada pelo bloqueio de parte dos raios do Sol. Nessa fase, o fenômeno não é percebido e praticamente não há diferença no brilho da Lua. O eclipse propriamente dito começou às 23h03, quando a Lua foi obscurecida pela umbra (sombra total) da Terra. Nessa fase – que durou até 2h17 – o satélite adquiriu um tom avermelhado devido ao desvio de parte dos raios de luz na passagem pela atmosfera terrestre.

(O Estado de S. Paulo, 16.05.2003, adaptado)

No fenômeno observado aproximadamente às 0h12, em uma analogia com uma sala onde a única fonte de luz é a de uma lâmpada presa ao teto, é correto associar o Sol à lâmpada da figura:

a) 2, a mesa ao planeta Terra e um dos pontos C à Lua.

b) 2, a mesa ao planeta Terra e o ponto E à Lua.

c) 2, um dos pontos D ao planeta Terra e a mesa à Lua.

d) 1, um dos pontos A ao planeta Terra e a mesa à Lua.

e) 1, a mesa ao planeta Terra e o ponto B à Lua.

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