Günlük hayatta sıkça karşılaştığımız bir olgu olan gölge, aslında ışık ve geometrinin birlikte oluşturduğu fiziksel bir fenomendir. Bu yazıda, gölge türlerinden biri olan ve ışığın tamamen engellendiği durumu ifade eden tam gölge kavramını detaylıca inceleyeceğiz.
Tam gölge (umbra), bir ışık kaynağı önüne konulan opak (ışık geçirmeyen) bir cismin arkasında, ışık ışınlarının hiç ulaşamadığı tamamen karanlık bölgeye verilen isimdir. Bu bölge, cismin şeklinin bir izdüşümü gibidir ve keskin sınırlara sahip olabilir.
Tam gölgenin oluşması için üç temel öge gereklidir:
Işık kaynağından çıkan ışınların doğrusal yayılması ve engel tarafından tamamen bloke edilmesi sonucu, engelin arkasında ışıksız bir alan oluşur. İşte bu alan "tam gölge"dir.
Tam gölgenin büyüklüğü ve şekli sabit değildir. Aşağıdaki faktörlere bağlı olarak değişiklik gösterir:
Tam gölge, engelin şeklini yansıtır. Engel büyüdükçe, oluşan tam gölgenin boyutu da büyür.
Engel, ekrandan ne kadar uzaklaştırılırsa, ekran üzerine düşen tam gölgenin boyutu o kadar büyür. Engel ekrana yaklaştıkça gölge küçülür ve daha net hale gelir.
Bu ilişkiyi basit bir benzer üçgen oranı ile ifade edebiliriz. Işık kaynağının çapı \(D\), engelin çapı \(d\), kaynak-engel mesafesi \(L\) ve engel-ekran mesafesi \(l\) ise, ekrandaki tam gölgenin çapı \(G\) yaklaşık olarak:
\[ G ≈ d + \frac{(D-d)}{L} \times l \]
formülüyle hesaplanabilir. (Noktasal kaynak ve küresel engel için basitleştirilmiş model).
En muhteşem tam gölge örneklerinden biridir. Ay, Dünya ile Güneş'in arasına girdiğinde, Ay'ın tam gölgesi Dünya üzerine düşer. Bu gölgenin düştüğü bölgelerde tam Güneş tutulması gerçekleşir ve Güneş ışığı tamamen kesilir.
Geleneksel gölge oyunlarında, ışık kaynağı önünde hareket ettirilen opak figürlerin tam gölgeleri perde üzerine düşürülerek hikayeler anlatılır.
Film projektörlerinde, ışık kaynağı ile mercek arasındaki film şeridi, aslında bir engel görevi görür. Filmin opak kısımları, perdede tam gölge (siyah alan) oluştururken, saydam kısımları ışığın geçmesine izin verir.
X-ışınlarının opak yapılar (kemik gibi) tarafından tamamen bloke edilmesi sonucu oluşan tam gölgeler, röntgen filmlerinde beyaz alanlar olarak görünür ve teşhis için kullanılır.
Tam gölgeyi anlamak için onun zıttı olan kavramı da bilmek gerekir:
Büyük bir ışık kaynağı (örneğin floresan lamba) önünde elinizi tuttuğunuzda, gölgenin merkezinde koyu bir tam gölge, etrafında ise daha açık tonlu bir yarı gölge halesi görürsünüz.
Tam gölge, ışığın doğrusal yayılması ve opak maddeler tarafından engellenmesinin doğal ve öngörülebilir bir sonucudur. Sadece günlük hayatımızda değil, astronomiden sanata, tıptan eğlence sektörüne kadar birçok alanda bu basit fiziksel olgudan faydalanırız. Bir sonraki güneş tutulmasında, gölge oyunu izlerken veya sadece parmaklarınızın gölgesini duvara düşürürken, arkasındaki bilimi hatırlamak, bize sıradan görünen dünyaya farklı bir gözle bakma fırsatı verir.
Işık ve gölge, birbirini var eden iki kadim dost gibidir. Biri olmadan diğerinin varlığından söz edemeyiz.
