¿Puede el aire hacer sombras?

Question

He leído acerca de la fotografía schlieren que utiliza la capacidad del aire no uniforme para crear sombras. ¿Es realmente posible que el aire haga sombras?

Answer 1

Tomado de este sitio :

Sí, el aire puede hacer sombras. Una sombra se produce cuando un objeto en un haz de luz impide que parte de la luz continúe en la dirección de avance. Cuando el haz de luz incide en una pared o en el suelo, se aprecia una forma más oscura donde menos luz incide en la superficie. Tanto la luz como la sombra, que no es más que la ausencia de luz, se desplazan hacia la superficie a la velocidad de la luz. Hay tres formas en las que un objeto puede impedir que la luz continúe en la dirección de avance:

Absorción : La luz que incide en el objeto es absorbida y convertida en calor. Una mesa negra crea una sombra en la pared sobre todo al absorber la luz que incide sobre ella.

Reflexión : La luz que incide en el objeto se refleja en la superficie frontal y se redirige a otra parte de la habitación. Un cuenco plateado crea una sombra en la pared al reflejar la luz que incide en su superficie frontal.

Refracción La luz que incide en el objeto lo atraviesa, pero la dirección de la luz es desviada por el objeto. Si la dirección se dobla lo suficiente, la luz que atraviesa el objeto se desvía del haz de luz que se desplaza hacia delante. Como resultado, el rayo tendrá una mancha oscura, una sombra. Piense en objetos completamente transparentes, como vasos de cristal, botellas de agua o lentes de gafas. Aunque estos objetos transparentes no absorben ni reflejan mucha luz, siguen interactuando con la luz a través de la refracción. La refracción es lo que hace que los vasos transparentes sean visibles para nuestros ojos. La refracción también permite que los objetos transparentes proyecten sombras. Quítese las gafas y póngalas sobre la mesa por la noche bajo la iluminación de una sola lámpara y verá una clara sombra provocada por las lentes transparentes.

Aunque el aire es casi perfectamente transparente, puede proyectar sombras por refracción. El principio clave de la refracción es que la luz se desvía cuando el índice de refracción difiere de un lugar a otro. El aire y el vidrio son materiales diferentes y tienen índices de refracción distintos. Por lo tanto, la luz se curva cuando pasa del aire al vidrio, como en la superficie de una lente de cristal. La refracción no se produce dentro de una lente de cristal porque el material del interior de la lente es uniforme. La refracción se produce en la superficie de una lente de cristal porque es el único lugar donde el índice de refracción difiere. El aire uniforme no puede refractar la luz ni crear sombras porque el índice de refracción no difiere en ninguna parte. Sin embargo, cuando diferentes regiones del aire tienen diferentes índices de refracción, el aire sí puede desviar la luz de la dirección de avance y crear una sombra.

La forma más común de conseguir un índice de refracción cambiante en diferentes regiones del aire es calentar el aire. Cuando el aire se calienta, se expande y su índice de refracción cambia. Por lo tanto, una bolsa de aire caliente situada junto a una bolsa de aire frío constituirá regiones con diferentes índices de refracción. Por lo tanto, la interfaz entre el aire frío y el aire caliente desvía la luz y provoca sombras. Este efecto es más visible cuando la luz solar directa y fuerte entra lateralmente por una ventana, atraviesa el aire frío del ambiente y luego pasa por el aire caliente que está encima de un calentador. La sombra que crea este sistema de aire en la pared más alejada consiste en líneas onduladas y ondulantes que imitan el movimiento turbulento del aire caliente al subir.

El índice de refracción del aire también cambia al variar la presión y la composición, por lo que estos efectos también pueden provocar sombras de aire. Por ejemplo, las variaciones de presión causadas por un avión que surca el aire pueden provocar sombras. Además, los gases que se vierten en el aire ambiente crean variaciones espaciales en el aire y, por tanto, variaciones en el índice de refracción que provocan sombras.

La capacidad del aire no uniforme para crear sombras se utiliza con gran ventaja en la técnica de imagen conocida como fotografía schlieren. En la fotografía schlieren, las sombras se utilizan para trazar con precisión las variaciones del aire.

Answer 2

Además de la excelente respuesta de V.Joe sobre la refracción, quiero añadir que el aire bloquea directamente (absorbe, no refracta) parte de la luz infrarroja y ultravioleta.

Si sus ojos pudieran ver la luz en los espectros infrarrojo y ultravioleta, el aire parecería parcialmente opaco en esas longitudes de onda. La superficie de la Tierra se encuentra en la "sombra" infrarroja y ultravioleta de la atmósfera.

Answer 3

Si las partículas de aire son lo suficientemente densas o están agrupadas, entonces sí. Las sombras no se crean, sino que se proyectan, como si nos miráramos en un espejo. El reflejo es exactamente eso, un reflejo, si la luz no puede penetrar en un objeto, se proyecta a su alrededor. Para el observador parece una sombra o un reflejo.

Versión simplificada: ¿Cuándo ocurre esto con el aire? Cuando las partículas del aire tienen una mayor concentración que las partículas ligeras.