أثناء الاستحمام تفقد ظِلَّ قلم رصاص مضاء بمصباح عُلوي واحد. (إياك أن تضع المصباح بطريقة تجعله قد يسقط في الماء فتموت صعقًا بالكهرباء!) إذا أمسكت القلم الرصاص فوق الماء أو غمرته فيه بالكامل، فإن ظله في قاع حوض الاستحمام سوف يُشبه القلم الرصاص. أما إذا غمرته جزئيًّا في الماء وعلى نحو مائل، فسوف يكون ظلين على شكل النقانق يفصل بينهما شريط أخضر (انظر شكل1). فما سبب هذا المشهد الذي يُطلق عليه «تأثير ظل النقانق»؟
شكل1: ظلال (أ) قلم رصاص و (ب) شفرة موسى في مياه ضحلة. (ج) كيف يُسلط انحناء الماء قرب الشيء أشعة الضوء ليكون شريطًا ساطعا عند حافة الظل؟
بعد ذلك، أدخل قلم الرصاص عموديا في سطح الماء. واضبط العمق عند الطرف السفلي لقلم الرصاص. إذا كان الطرف قرب قاع حوض الاستحمام، فسوف يكون قلم الرصاص ظلا صغيرًا. لماذا تظهر نقطة ساطعة بدل الظل إذا حركت الطرف السفلي الأعلى نحو سطح الماء؟
اجعل موس مسطحًا مزدوج الحدين (وليس من النوع ذي الجانب المعزّز) طافيًا على الماء من خلال تدلية الشفرة بحرص على الماء. إذا كان العمق الماء مجرد بضع سنتيمترات فستكون حافات ظل الشفرة عادية. فلماذا يتكون لدى الحافات حد ساطع إذا كان الماء أعمق من ذلك انظر شكل 1 ب)؟ هل تُصبح الحافات ساطعة إذا رفعت الشفرة بحيث تُصبح نسبيًّا فوق المستوى الطبيعي للماء؟ لماذا تكون الشعرة الطافية مجموعة من أجزاء الظلال بعضُها حافاته عادية وبعضُها حافاته ساطعة؟
مرر إصبعًا أو قلم رصاص في ماء استحمام عمقه ست سنتيمترات على الأقل. لماذا يظهر في قاع حوض الاستحمام حلقات داكنة ذات حافات ساطعة. لماذا قد ترى ظلالاً مشابهة على قاع حمام سباحة في ضوء الشمس عندما يسبح فيه شخص أو يخرج من الماء؟
الجواب: في تأثير ظل النقانق ينسحب الماء لأعلى قلم الرصاص بفعل التوتر السطحي (نتيجةً لانجذاب جزيئات الماء بعضها إلى بعض وإلى القلم). وهذا يجعل سطح الماء مقعرًا. وعندما يمر الضوء بجوار قلم الرصاص وعبر سطح الماء المقوس، فإنه ينتشر في جزء من الظل وينتج فجوة مضيئة بين الظلال التي خلَقَها الجزء الجاف والجزء المغمور من قلم الرصاص.
ويضغط وزن شفرة الموسى على سطح الماء فيُصبح السطح محدبا. يميل الضوء المار عبر السطح المقوس إلى التركز، لكن إذا كانت المياه ضحلة على نحو كافٍ فإن القاع يعترض الأشعة قبل تركزها ويُصبح للظل حافة عادية. وإذا كان الماء أكثر عمقًا، فإن الأشعة تتركز على طول حافة الظل فتمنحه حدًّا ساطعا انظر( شكل 1جـ). عندما ترفع شفرة الموسى، فإن الماء ينجذب إلى أعلى في شكل مقعر يجعل الضوء ينتشر في المنطقة الضحلة دون أي تركز؛ ومن ثَمَّ تكون حافات الظل عادية يُمكن للشعرة الطافية أن تنتج ظلال النقانق، وحافات عادية، وحافات ساطعة اعتمادًا على طريقة تقوس سطح الماء على طول السطح.
