Schlichting!: Strange Shadows Underwater – Een spectrum van wetenschap
In het geval van bladeren en andere objecten die op een ondiepe vijver of vijver zijn neergestreken, is het silhouet van een schaduw die op de grond wordt geworpen in veel gevallen heel anders dan het oorspronkelijke beeld. Bovendien siert een wijd uitlopend frame vreemd vervormde schaduwen, alsof iemand de contouren zou kunnen tekenen met een helder potlood.
Dit is bijvoorbeeld te zien bij waterleliebladeren op relatief helder water. De schaduwen geven blijkbaar niets om de vorm van het betreffende blad en lijken vrij gebruik te maken van het repertoire van mogelijke contouren. Wat boven het water glad en rond lijkt, is aan de onderkant gevederd – alsof hier een afbeelding van een heel ander blad te zien is. Op het eerste gezicht is dit even mooi als verbijsterend.
Als u alle vormen van water goed wilt onderscheiden, overweeg dan helder water met een geringe diepte in de zon
(Leonardo da Vinci, 1452-1519)
Deze verbazingwekkende verandering is het resultaat van een delicate interactie tussen de rand van het papier en het wateroppervlak. Waterleliebladeren hebben een met lucht gevulde stof waardoor ze blijven drijven. Het is meestal vlak in het zwembad en licht golvend naar buiten. Daarom gaat het afwisselend naar beneden en stijgt met de rand. Het weefsel heeft een hydrofiele onderzijde en een relatief afstotende bovenzijde, waardoor het wateroppervlak vast blijft aan de rand van het papier en afwisselend (convexe meniscus) en lichtjes verhoogd (concave meniscus) wordt vastgehouden.
Laden …© H. Joachim Schlichting (details)
Refractie In de vereenvoudigde weergave buigt het blad het wateroppervlak (weergegeven in rood). Het invallende licht wordt gebroken in een heldere streep rond een donkerder gebied.
Deze curven beïnvloeden het pad van zonlicht in het water. Maar hoe verschijnen de stralen op sommige plaatsen precies onder de motorkap? Misschien van waar het opzwelt? Maar de concave meniscus verspreidt licht en verspreidt het over een groter gebied. Als de gaten op deze manier worden gecreëerd, zou de helderheid erin veel minder moeten zijn. Dit effect zien we echter niet, vooral omdat de rand van de schaduw wordt beperkt door een intense brandpuntslijn. Bovendien moet het geometrische schaduwgebied vanwege deze beperkingen kleiner zijn dan de plaat. Inderdaad, het gevederde beeld is uitgebreider – de werkelijke schaduw wordt vergroot door de ronde uitstulpingen.
Laden …© H. Joachim Schlichting (details)
Schaduwkussen lelie | Kleine rimpelingen aan de rand van een vel papier op het wateroppervlak veranderen de vorm van de schaduw eronder enorm.
Cruciaal hierbij zijn de krasjes in het water door de lage delen van de rand van het papier. Deze zijn omgeven door een bolle meniscus. Zo’n kromming breekt het licht naar buiten, vergroot de schaduw dienovereenkomstig en creëert een brandlijn aan de rand.
Laden …© cisilya / Getty Images / iStock (details)
Shadow Strider Water | Wanneer een waterskater met zijn dunne pootjes op het oppervlak drukt, ontstaan er grote ronde schaduwen.
Dit fenomeen is niet beperkt tot waterlelies. Afgevallen bladeren in een vijver veroorzaken hetzelfde optische fenomeen. Het effect is echter vooral indrukwekkend, wanneer water meters diep het zwembadoppervlak opheft. Het eigenlijke lichaamssilhouet, vooral de slanke benen, is bijna klein in vergelijking met de aquarelkras ovale tinten (zie foto links).