Sombra e penumbra

Sombra e penumbra surgem quando um objeto opaco é colocado entre uma fonte de luz e um anteparo. A sombra é a região de ausência total de luz e a penumbra é onde há incidência parcial de luz.

Geralmente, a sombra de um corpo é formada por uma região de umbra (ou sombra) e de penumbra. A umbra é a região com ausência total de luz. Já a penumbra é a região onde há a incidência parcial da luz. Acompanhe, a seguir, mais informações sobre sombra e penumbra:

Índice do conteúdo:

O que são

Sombra e penumbra são regiões que surgem quando um objeto é colocado à frente de uma fonte luminosa. São aplicações diretas do princípio da propagação retilínea da luz. A seguir, aprenderemos o que é sombra, o que é penumbra, a diferença entre as duas e, também, a relação delas com o eclipse. Confira:

Sombra

Formação de sombra a partir de uma fonte pontual de luz. Fonte: Cyberphysics

Por definição, uma região de sombra é aquela onde não há a incidência de luz. A sombra surgirá quando um objeto for colocado em frente a uma fonte pontual de luz. Isto é, quando o objeto estiver diante de uma fonte luminosa cujas dimensões forem desprezíveis, haverá a formação de sombra. A sombra também pode ser chamada de umbra.

Penumbra

Penumbra formada a partir de uma fonte extensa de luz. Fonte: Cyberphysics

Quando a fonte luminosa é extensa, ou seja, quando as dimensões não podem ser desprezadas, há a formação de uma região mais clara ao redor da região de sombra. Essa região é a penumbra.

Qual é a diferença entre os dois

A diferença entre as regiões de sombra e penumbra está no fato de que a sombra é uma região bem definida e mais escura. A penumbra é uma região mais clara e com contornos menos definidos.

Em nosso cotidiano, é mais comum observar regiões de sombra quando estamos sob a luz solar. Já as regiões de penumbra são facilmente observadas quando estamos em regiões iluminadas por luz artificial.

Sombra e penumbra nos eclipses

Além dos exemplos dados anteriormente, é possível delimitar regiões de sombra e penumbra em eclipses. Para evitar confusões, chamaremos de umbra (sombra) a região de sombra total, de penumbra a região de sombra parcial e de antumbra a região de eclipse lunar. Acompanhe:

Eclipse lunar

Umbra, penumbra e antumbra no eclipse lunar (fora de escala). Fonte: Wikimedia

O eclipse lunar acontece quando a Lua passa pela sombra da Terra. Ou seja, a Terra fica posicionada entre a Lua e o Sol. Esse tipo de eclipse acontece em noites de lua cheia.

Existem três tipos de eclipse lunar: penumbral, quando a Lua fica apenas na região de penumbra da Terra; parcial, quando a Lua fica apenas parcialmente na região de umbra; e total, quando a Lua fica completamente dentro da região de umbra da Terra.

Eclipse solar

Exemplo esquemático, sem escalas, da umbra e penumbra em um eclipse solar. Fonte: Wikimedia

O eclipse solar acontece quando a Lua passa entre o Sol e a Terra. Ou seja, a sombra da Lua é projetada sobre a Terra. Também existem três tipos de eclipse solar: parcial, quando o observador está na região de penumbra da lua; total, quando o observador está na região de umbra; e anular, quando o observador está na região de antumbra.

Os eclipses solares também ocorrem fora da Terra. Ou seja, o Sol pode ser eclipsado por outros corpos além da Lua. Por exemplo, em 1969, os tripulantes da Apollo 12 observaram a Terra eclipsar o Sol.

Vídeos sobre sombra e penumbra

O conteúdo de sombra e penumbra é muito cobrado em provas de grande escala, como vestibulares e Enem. Por isso, nada melhor do que aprofundar ainda mais nosso conhecimento com as videoaulas selecionadas. Confira:

Os princípios da óptica geométrica e os eclipses

Como dito anteriormente, sombra e penumbra são aplicações diretas dos princípios da óptica geométrica. Nessa videoaula, o professor Marcelo Boaro explica tais princípios e a relação deles com os eclipses.

Resolução de exercícios sobre sombra e penumbra

Resoluções comentadas de exercícios podem ajudar muito na hora de estudar para a prova, para o vestibular ou para o Enem, não é mesmo? Nesse vídeo, o professor Marcelo Boaro resolve vários exercícios sobre óptica geométrica.

Sombra e penumbra – ilustração

O canal Just 10 minutos fez uma demonstração da formação de regiões de sombra e penumbra em corpos opacos. Além disso, o vídeo também ensina como delimitar as regiões de sombra e penumbra para qualquer corpo.

Além de serem muito presentes em nosso cotidiano, a sombra e a penumbra são claros exemplos de que a luz se propaga em linha reta, desde que o meio seja homogêneo. Para entender melhor a propagação retilínea da luz, aprenda também sobre óptica!

Referências

Física II (2016) – Hugh D. Young
Leituras de Física – GREF (1998) – Luís Carlos de Menezes e Yassuko Hosoume (orgs.)

Hugo Shigueo Tanaka
Por Hugo Shigueo Tanaka

Divulgador Científico e co-fundador do canal do YouTube Ciência em Si. Historiador da Ciência. Professor de Física e Matemática. Licenciado em Física pela Universidade Estadual de Maringá (UEM). Mestre em Ensino de Ciências e Matemática (PCM-UEM). Doutorando em Ensino de Ciências e Matemática (PCM-UEM).

Como referenciar este conteúdo

Tanaka, Hugo Shigueo. Sombra e penumbra. Todo Estudo. Disponível em: https://www.todoestudo.com.br/fisica/sombra-e-penumbra. Acesso em: 25 de November de 2020.

Exercícios resolvidos

1. [UFRJ]

Na figura a seguir, F é uma fonte de luz extensa e A, um anteparo opaco.

Pode-se afirmar que I, II e III são, respectivamente, regiões de
a) sombra, sombra e penumbra.
c) penumbra, sombra e penumbra.
d) sombra, penumbra e sombra.
e) penumbra, penumbra e sombra.

A partir do desenho dos raios notáveis, é possível ver que:
A região I é uma região de penumbra;
A região II é uma região de sombra;
A região III é uma região de penumbra.

Alternativa correta: C

2. [Unioeste]

No dia 27 de julho deste ano de 2018, aconteceu um fenômeno celeste denominado de “Lua de Sangue”. Considerado o eclipse lunar com maior duração já ocorrido no século 21, o fenômeno acontece devido à luz do sol, que é refratada pela atmosfera da Terra e chega à superfície da Lua no espectro do vermelho (REVISTA GALILEU, 2018). Sobre o fenômeno dos eclipses, a propagação da luz e as cores dos objetos, assinale a alternativa CORRETA.

(Fonte: REVISTA GALILEU, Lua de Sangue: por que o eclipse será o mais longo do século? Disponível em:https://revistagalileu.globo.com/Ciencia/noticia/2018/07/lua-de-sangue-por-que-o-eclipse-sera-o-mais-longo-do-seculo.html. Acesso em 30 de out. de 2020).

a) O eclipse lunar ocorre quando a Lua se encontra entre o Sol e a Terra, em perfeito alinhamento, projetando sua sombra sobre a superfície do planeta.
b) Eclipses são fenômenos que acontecem como consequência imediata do princípio de propagação retilínea da luz.
c) O fenômeno da interferência explica a decomposição da luz branca nas diversas cores que formam o espectro da luz visível quando essa atravessa a atmosfera terrestre.
d) Dentre as cores visíveis, a vermelha é a que possui maior energia, por isso ela consegue atravessar a atmosfera terrestre atingir a superfície da Lua durante o eclipse.
e) No fenômeno “Lua de Sangue”, a lua absorve apenas a frequência do vermelho e reflete as demais frequências da luz solar.

O eclipse lunar ocorre quando a Lua penetra a região de sombra da Terra projetada pelo Sol. A decomposição da luz branca ao atravessar a atmosfera é devida ao fenômeno da refração. Dentre as cores, a que apresenta maior energia é a violeta. A cor vermelha, por sua vez, tem a menor energia e o maior comprimento de onda.
A cor que enxergamos no fenômeno é a cor refletida pela Lua, ou seja, a vermelha.

Alternativa correta: B

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