צל

צֵל הוא אזור שבו מוסתר מקור האור הראשי, כך שהוא חשוך יותר בהשוואה לסביבתו.

צל של ציפור על גג הכנסייה באלוני אבא

עננים וצילם על הים התיכון

מאפייני הצל

היווצרות הצל

מבחינה פיזיקלית כל גוף מחזיר אחוז מסוים מהאנרגיה (אור) הפוגעת בו. חלק מהאנרגיה מוחזר בהתאם לזווית הפגיעה וחלק מהאנרגיה מוחזר בצורה מפוזרת לכל הכיוונים. ניתן להגדיר צל בשני אופנים:

• צל אנרגטי – צל הנובע מהפרשי אנרגיה הפוגעים בגוף.
• צל אופטי – צל הנובע מהפרשי אנרגיה המוחזרים על ידי הגוף לכיוון מסוים (הצופה).

למשל: נעמיד אותו עצם באותם תנאי תאורה על משטחים שונים, נייר לבן, בד שחור, מראה וזכוכית שקופה. בכל הניסויים נמדוד את כמות האור באזורים שונים על פני המשטח בעזרת מד אור. מד האור בודק את האור הפוגע, ולכן יראה תוצאות זהות בכל הניסויים. לעומת זאת הצופה מהצד יבחין בצל רק על גבי המשטח הלבן. זאת מכיוון שהמשטח הלבן מחזיר את האור בצורה מפוזרת, כך שאזורים מוארים יחזירו יותר אור לכיוון הצופה מאשר אזורים מוארים פחות.

צורת הצל

ישנן מספר דרכים לחשב את הטל הצל על מישור. כולן מבוססות על טריגונומטריה.

חישוב אורך הצל מקור האור

חישוב אורך הצל על מישור הנוצר על ידי עצם הניצב על המישור

$\theta$ – זווית מקור האור

$h$ – גובה העצם

$d$ – אורך הצל

$d=h\cos \theta$

מפה נגזרות התופעות הבאות:

• אורך הצל של עמוד הניצב על המישור יהיה תלוי במיקום מקור האור. למשל שעון שמש.
• צל ממקור אור נקודתי יהיה יותר גדול מהעצם. למשל צללים שנוצרים מאור של נר.
• צל המוטל מקרני אור מקבילות על מישור יכול להתארך או להתקצר רק בכיוון אחד. בשאר הכיוונים הממדים יהיו זהים לממדי העצם. למשל הצללים המוארכים הנוצרים בשקיעה.

תופעות בשולי הצל

צל בעל שוליים רכים של ורד בשקיעה

שוליים של צל

חדות שול הצל

בצל מוטל, חדות הצל נגזרת מהתפלגות כיווני קרני האור ומרחק העצם מהמשטח. למשל, כשהצל נוצר על ידי השמש שהקרניים הנשלחות ממנה ממוקדות בו, הוא יהיה בעל שוליים חדים. צל הנוצר מאור המגיע מחלון גדול, יהיה צל בעל שוליים רכים מכיוון שהקרנים נכנסות מהחלון הן מפוזרות ומגיעות מכיוונים שונים. בצל עצמי חדות הצל תלויה בחדות הזוויות בין המשטחים השונים של הגוף. למשל צל עצמי על גבי כדור יהיה צל בעל שוליים רכים מכיוון שזווית המישור משתנה בצורה הדרגתית. צל הנוצר על גבי קובייה יהיה צל חד מכיוון שהזווית בין המשטחים השונים היא זווית חדה.

תמונת התאבכות

האור מתנהג כגל וגל יוצר דפוס התאבכות בקצה מכשול. תופעה זאת היא חלשה יחסית וניתן להבחין בה במעבדה בגוף בעל שוליים חדים ובתאורה מונוכרומטית.

סוגי צל (אופטי)

כאמור הצל נובע מהפרשי אור חדים הנקלטים על ידי העין. יש כמה סיבות להיווצרות צל.

צל מוטל

צל זה מופיע על גבי משטח כאשר האור כולו או רובו נחסם על ידי עצם אטום אחר מלהגיע אל המשטח. למשל הצל שמטיל עץ על פני הקרקע.

צל עצמי

צל זה מופיע על גבי גוף לא שטוח כאשר חלק מהגוף עצמו חשוך מכיוון שחלק אחר של אותו הגוף עצמו חוסם את האור. למשל היום והלילה על פני כדור הארץ.

צל זוויתי

עוצמת האנרגיה הפוגעת בגוף מוגדרת כסך כל האנרגיה שעל פני חלקי שטח הגוף. לפיכך, עוצמת האנרגיה על פני משטח הניצב לקרני האור תהיה יותר גבוהה מזאת של משטח המקביל לקרני האור. עוצמת האור $I_{\mathrm {v} }$ ביחס למשטח בזווית $\theta$ ועוצמת האור המוחזרת ממשטח ניצב $I_{\mathrm {e} }$ מחושבת כך:

$I_{\mathrm {v} }=I_{\mathrm {e} }\cos \theta$

למשל, הצללים הנוצרים על גבי נייר מקומט.

צל מלא מול צל חלקי

אור יכול להגיע לאזור הצל ממקורות אחרים, או מהמקור הראשי באופן עקיף, דרך החזרה או עקיפה. אם לא מגיע כלל אור לאזור הצל, הוא נראה שחור לחלוטין ("צל מלא"), או שאם הוא נראה כהה יחסית לסביבתו ("צל חלקי"), זאת אומרת שחלק מהאור הגיע לאזור הצל. השימוש התכוף ביותר למילה צל הוא בהקשר של הסתרת אור השמש. צבע האור אינו משנה את צבע הצל.

השפעה ושימושים

צל ובעלי חיים

רחוב המוצל על ידי עצים

צל שנוצר בעקבות צמרת של עץ בגן אלנבי שבחיפה. יכול לשמש כמחסה בפני החום בימי הקיץ

חלק מהאור שפוגע בחומר נספג בו והופך לאנרגיית חום ולכן הטמפרטורה של האזור המוצל תהיה נמוכה מהסביבה המוארת.

הטרותרמיות ("דם קר") היא התכונה המאפיינת אורגניזמים שטמפרטורת גופם עוקבת באופן פסיבי אחר טמפרטורת הסביבה שלהם. זאת להבדיל מהומיאותרמיות ("דם חם") שהיא תכונה המתבטאת ביכולתו של האורגניזם לשמור ולווסת את טמפרטורת גופו ולשמור על רמתה הקבועה בהתאם לתנאי הסביבה הקיימים. כמעט כל בעלי החיים פרט ליונקים ולעופות הם הטרותרמיים. בעלי חיים אלו תלויים בצל כדי להוריד את טמפרטורת גופם במקרה הצורך. לעומת זאת, כאשר הטמפרטורה קרה יותר הם ימנעו ממקומות מוצלים.

עם זאת, גם בעלי חיים אשר מסוגלים לווסת את טמפרטורת גופם יתקשו לתפקד בתנאים קיצוניים. למשל, נוחות אקלימית של האדם היא טווח התנאים האקלימיים שבין הזעה הנגרמת מחשיפה לחום לבין צמרמורת הנגרמת מחשיפה לקור.

בהתאם לכך, שהייה באזור מוצל בימים חמים (במיוחד בעונת הקיץ) יכולה למנוע מכת חום. ישנם אזורים מרובי צל כמו יערות, אך באזורים מדבריים קשה מאוד למצוא צל.

כובע יכול לשמש להצללת אזור הראש והפנים כאשר הולכים במקומות בהם אין צל. כמו כן, שמשייה יכולה לשמש את הרוחצים בחוף הים או את הסועדים בפיקניק. בנייה מחנאית עוסקת בין היתר בהקמת סככות צל זמניות.

צל ובנייה

בנייה תואמת אקלים עוסקת ההתאמת הבנייה לתנאי האקלים והסביבה. בנייה ירוקה מתחשבת בהטל הצל בעונות השנה השונות.

גזיבו הוא מבנה בצורת "ביתן" לעיתים בצורת מתומן המצוי בדרך כלל בפארקים, גנים, ושטחים ציבוריים מרווחים. תפקידו לספק צל ומקום מחסה, לעיתים משמש גם בתור מבנה נוי ואף מקום לנוח.

בישראל ישנה חובת הצללה של 70% משטחו של כל גן (נוי) וגן שעשועים.

צל באסטרונומיה

השפעה של צל במערכת השמש

ליקוי מאורות הוא אירוע אסטרונומי המתרחש כאשר גרם שמיים נע אל תוך צילו של גרם שמיים אחר.

קימות תופעות שונות במערכת השמש הקשורות לצל שכוכב לכת או ירח יוצרים מאור השמש. למשל: ליקוי ירח, ליקוי חמה.

בנוסף, החומר הנמצא מסביב לכתמי השמש הוא חם ובהיר יותר מהחומר שבתוכם כך שאורו מאפיל על האור הנוצר מכתם השמש וכך נוצר הרושם שהוא שחור.

אפשר לבצע זאת באמצעות ניסוי. יש לשים נורה דולקת מול מקור אור חזק יותר ואז הנורה תיראה כמו צללית מאירה.

שימושים טכנולוגיים

העובדה שבמשולשים דומים היחסים בין הצלעות המתאימות שווים מאפשרת למדוד את גובהם של עצמים גבוהים באמצעות מדידת צלם, כפי שמוסבר במסכת ערובין: "והרוצה לידע כמה גובהו של דקל מודד קומתו וצלו וצל קומתו וידע כמה גובה של דקל" (תלמוד בבלי, מסכת ערובין, דף מ"ג, עמוד ב').

אחד השימושים המוקדמים של האדם בצל היה לצורת יצירת שעון שמש. זהו שעון, המשתמש בתנועת הצל הנופל מעצם דק המוצב באור השמש כדי להציג את השעה המקורבת.

שדוגרפיה היא שיטה אופטית המשמשת להבחנה בחוסר אחידות בהרכב חומרים, בתווך שקוף כמו אוויר, מים וזכוכית. פירוש השם הוא בהלחם בסיסים מהשפה האנגלית: Shadow – צל, Graphy – רישום.

חישוב רדיוס כדור הארץ על ידי ארטוסתנס בשנת 240 לפני הספירה נעשה בעזרת אורך הצל.

הצל באמנות

צל של אנשים בחוף הים.

באמנות חזותית ישנן מספר טכניקות גרפיות אשר השימוש העיקרי שלהן לצורך יצירת תמונה או דימוי על משטח, הוא לא צבע, אלא אור וצל. למשל: רישום, הדפס ותחריט. הצל משמש לצורך יצירת אשליה של נפח על גבי משטח דו־ממדי, על מנת לחקות את העולם התלת־ממדי.

תיאטרון צלליות: צלליות ידיים הם סוג של אמנות שבה סיפור או מחזה מוצג בפני קהל כאשר האמן או האמנים משתמשים בידיהם מול מקרן אור כדי לייצר את הצלליות של כל הדמויות המופיעות כתוצאה מכך על גבי מסך או על גבי קיר.

הצל בפסיכולוגיה

צללים על מדרכה

ערך מורחב – הצל (פסיכולוגיה)

בפסיכולוגיה האנליטית, הצֵל הוא ארכיטיפ המתאר את החלקים באישיות האדם שאותם הוא מסרב לקבל ולכן מדחיקם. חלקים אלו נתפסים בעיניו כזרים לו וכ"אחרים", ולעיתים קרובות הוא מגיב אליהם בכעס או בשנאה.

הצל במדרש

במכילתא דרבי ישמעאל מסופר על נחש הצד עופות באמצעות צלם: "אמרו שעכס זה רואה צל עוף שהוא פורח באוויר וכשהוא רואה העוף ומתחבר אל צלו, איבריו נושרין" (מכילתא על שמות טו).

ראו גם

• צללית
• מדבר צל גשם

קישורים חיצוניים

• מאיר ברק, מתי הצל ארוך יותר בזריחה או בשקיעה?, במדור "שאל את המומחה" באתר של מכון דוידסון לחינוך מדעי, 2 ספטמבר 2009
• צל, דף שער בספרייה הלאומית