قانون مربع معکوس چیست ؟ (به انگلیسی: Inverse-square law)
در فیزیک، نام هر قانون فیزیکی است که می‌گوید: یک مقدار یا شدت فیزیکی به صورت معکوس متناسب با مربع (مجذور) فاصلهٔ منبع آن مقدار فیزیکی است. بنیاد ریشه‌ای این گونه پدیده را می‌توان در مفهوم تحلیل یا رفت هندسی آن که مربوط به گسترش از منبع به فضای سه بعدی است پیدا کرد. با چنین تعریفی، خوب شما عزیزان حتماً با خود فکر می کنید این چه ربطی می تواند به عکاسی داشته باشد . اما قانون مربع معکوس در مورد خیلی چیز ها صادق است. اما در این مطلب ما فقط به تأثیر این قانون بر روی نور خواهیم پرداخت.
توضیحات کامل:
بعضاً افرادی که سر رشته زیادی در ریاضیات ندارند قانون مربع معکوس می تواند دلهره آور باشد. در توضیح این قانون معادلاتی وجود دارند که شامل اعداد و متغیرها و ... که حقیقتاً حوصله سر بر هستند. برای همین ما سعی می کنیم به جای توضیح اصولی و ریاضی، این قانون را به صورت عملی شرح دهیم
بعضاً افرادی که سر رشته زیادی در ریاضیات ندارند قانون مربع معکوس می تواند دلهره آور باشد. در توضیح این قانون معادلاتی وجود دارند که شامل اعداد و متغیرها و ... که حقیقتاً حوصله سر بر هستند. برای همین ما سعی می کنیم به جای توضیح اصولی و ریاضی، این قانون را به صورت عملی شرح دهیم
این قانون در حوزه عکس و عکاسی در قسمت نور صادق است و در تمامی حالات نور پردازی صدق میکند اما بیش از همه در نور پردازی با منبع نوری جدا از دوربین به چشم می آید. در اصل قانون مربع معکوس به ما می گوید چطور نور در فاصله های مختلف تأثیر متفاوتی دارد، و چرا فاصله منبع نور با سوژه بسیار مهم است.
فرض کنید ما یک منبع نور در حالت ماکسیمم خود داریم که با سوژه ما ۱ متر فاصله دارد. اگر فاصله سوژه تا منبع نور را دو برابر کنیم (۲ متر)، چقدر از نور به سوژه می رسد؟ در اینجا واکنشی که اکثر ما در نگاه اول نشان خواهیم داد «نصف نور» است اما اینطور نیست و این قانون مربع معکوس است که دلیل آن را شرح می دهد.
با توجه به قانون مربع معکوس نوری که خواهیم داشت به اندازه معکوس مربع فاصله سوژه تا منبع نور خواهد بود. فاصله منبع نور ما به سوژه ۲ متر است، مربع آن (به توان ۲) می شود ۴، و معکوس آن ¼ خواهد بود، بنابراین نوری که در فاصله ۲ متری از منبع نور به سوژه برخورد خواهد کرد نصف نور اصلی نخواهد بود بلکه به اندازه ¼ نور خواهد بود.
حال اگر سوژه را ۳ متر از منبع نور دور کنیم (۳ * ۳ = ۹ بنابراین ۱/۹) نوری که به سوژه خواهد رسید ۱/۹ نور اصلی خواهد بود.
در عکس زیر مقدار نوری که به سوژه در فاصله های ۱ تا ۱۰ خواهد رسید مشخص شده است.
چگونگی کاربرد این قانون:
اینکه بدانیم چقدر نور را در فاصله های مختلف از دست خواهیم داد بسیار خوب و جذاب است، اما کاربرد این اطلاعات در عکاسی به چه صورت است؟ در اینجا همه چیز مربوط به نور دهی و جایگاه منبع نور است. وقتی منبع نور در یک مسیر خاص تابیده می شود در فاصله های نزدیک به منبع نور مقدار زیادی از نور تلف می شود اما هر چه این فاصله بیشتر می شود اختلاف مقدار نوری که تلف خواهد شد هم کمتر می شود.
یادتان باشد، در مربع کردن اعداد، اعداد به سرعت بزرگ خواهند شد، اما در حالت معکوس آن، یعنی مربع معکوس سرعت کوچک شدن اعداد (به دلیل معکوس شدن آن) پایین است.
اگر میزان نور مؤثر بین فواصل ۱ تا ۱۰ متر از منبع نور را به صورت درصدی مقایسه کنیم نتیجه حاصل به صورت زیر خواهد شد.
همانطور که در تصویر فوق می بینید در فاصله ۱ متری تا ۲ متری منبع نور به اندازه ۷۵% از نور تلف خواهد شد، اما در فاصله ۴ متری تا ۱۰ متری تنها ۵% از نور کاسته خواهد شد
خب میرسین به بحث روشنایی:
تا اینجا فهمیدیم که مقدار خیلی زیادی از نور در فواصل نزدیک به منبع نور وجود خواهد داشت و در فواصل دور تر مقدار اندکی از نور را خواهیم داشت. بر اساس این اطلاعات، اگر بخواهیم نور مناسبی داشته باشیم (با این فرض که سرعت شاتر ثابت است)، اگر سوژه ما خیلی به منبع نور نزدیک باشد باید مقدار دیافراگم را نزدیک به f/16 بگذارید، تا جلوی شدت نور بالای منبع نور را بگیریم.
تا اینجا فهمیدیم که مقدار خیلی زیادی از نور در فواصل نزدیک به منبع نور وجود خواهد داشت و در فواصل دور تر مقدار اندکی از نور را خواهیم داشت. بر اساس این اطلاعات، اگر بخواهیم نور مناسبی داشته باشیم (با این فرض که سرعت شاتر ثابت است)، اگر سوژه ما خیلی به منبع نور نزدیک باشد باید مقدار دیافراگم را نزدیک به f/16 بگذارید، تا جلوی شدت نور بالای منبع نور را بگیریم.
از طرفی، اگر سوژه خیلی از منبع نور دور باشد، باید دیافراگم را نزدیک به f/4 بگذاریم تا بتوانیم مقدار بیشتری از نور را به سنسور دوربین برسانیم. هر دوی این عکس ها باید به یک شکل ثبت شوند، چرا که ما دوربین را طوری تنظیم کرده ایم که در هر دو عکس میزان نوری که به سنسور دوربین برخورد می کند یکسان باشد.
بر اساس این توضیحات می توانیم مقدار دیافراگم مناسب برای داشتن یک نور مناسب در فواصل مختلف سوژه نسبت به منبع نور را تخمین بزنیم.
نکته مهم: ابتدا به سرعت، نور بسیار زیادی از دست خواهیم داد اما هر چه دورتر می شویم آهسته تر نور تلف خواهد شد. ما هم به همین صورت در ابتدا دیافراگم را به مقدار خیلی زیادی باز می کنیم و هر چه دور تر می شویم آرام تر دیافراگم را باز می کنیم.
حال ما این اعداد دیافراگم را در بالای دیاگرام ها (عکس هایی که به صورت نقشه ای برای عکاسی هستند که سوژه، شرایط نوری و هر چیزی که در عکاسی دخیل است را نشان می دهند – عکس هایی که در این مطلب قرار داده شده دیاگرام هستند) قرار خواهیم داد. بعضی سوژه ها بی حرکت هستند، یعنی وقتی آنها را یک جایی قرار می دهید تنظیمات دوربین را متناسب با آن فاصله قرار خواهید داد و کار تمام است.
بحث نورپردازی از یک سوژه
اگر می خواهید از یک شخصی عکس بگیرید (مخصوصا از شخصی که ایستاده است) سوژه شما عادت دارد که حرکت کند. اگر مدل شما خیلی به منبع نور نزدیک باشد و تنها به اندازه نیم قدم جای خودش را تغییر دهد، به سرعت مقدار نوری که به او می رسد زیاد یا کم می شود.
ولی اگر سوژه مورد نظر فصله اش از منبع نور خیلی باشد می تواند تا چند قدم تغییر مکان دهد بدون این که شما احتیاجی به تغییر دادن تنظیمات دوربینتان داشته باشید.
درباره موضوع نورپردازی به صورت گروهی از افراد
قابل ذکر است که شرایط قبلی تقریباً به همان شکل برای عکاسی از گروهی از افراد هم صدق می کند. اگر همه سوژه های شما نزدیک به منبع نور باشند، فردی که از همه دورتر است به نور نسبت که فردی که از همه به نور نزدیک تر است، خیلی تاریک تر ثبت خواهد شد، همانطور که در شکل می بینید فردی که بیشتر از همه از منبع نور فاصله دارد در زیر قسمتی است که دیافراگم مناسب برای آن ۱۱/f است و این در صورتی است که فرد سمت چپ که از همه به منبع نور نزدیک تر است در قسمتی قرار دارد که دیافراگم مناسب برای آن f/22 است.
ولی اگر شما همه سوژه ها را از منبع نور دور کنید، در نزدیکی های f/4 تقریباً همه افراد در شرایط نوری یکسان قرار خواهند گرفت.
درباره نورپردازی بکگراند (پس زمینه)
گاهی شما می خواهید یک سوژه نور خوبی داشته باشد و سوژه دیگری در عکس تاریک باشد، مانند پس زمینه. بنابراین اگر سوژه شما فاصلی کمی با منبع نور داشته باشد و پس زمینه با فاصله زیادی نسبت به منبع نور واقع شده باشد، در این حالت ( با فرض اینکه سوژه اصلی شما به درستی نورپردازی شده باشد ) پس زمینه خیلی تاریک تر خواهد بود.
گاهی شما می خواهید یک سوژه نور خوبی داشته باشد و سوژه دیگری در عکس تاریک باشد، مانند پس زمینه. بنابراین اگر سوژه شما فاصلی کمی با منبع نور داشته باشد و پس زمینه با فاصله زیادی نسبت به منبع نور واقع شده باشد، در این حالت ( با فرض اینکه سوژه اصلی شما به درستی نورپردازی شده باشد ) پس زمینه خیلی تاریک تر خواهد بود.
ولی اگر شما می خواهید هم سوژه و هم پس زمینه (بکگراند) هر دو روشن باشند، باید هر دو را با فاصله مناسبی نسبت به منبع نوری و البته نزدیک به هم قرار دهید.
