2012年12月30日

科學玩具-光學-硬幣消失貯金箱


這是個會讓硬幣消失的貯金箱,是這次出國下飛機之後所發現到的第一個科學玩具。共買了兩款造型,一個是用來慶祝第一次去日本,另一個則是適逢東京迪士尼25週年慶。雖然早就知道這個玩具的存在,但要擁有它還真是可遇而不可求呢!
從正面的透明壓克力板看進去時,會看見米奇搭乘著氣球懸浮在貯金箱的正中央位置,而且四面八方沒有任何支點!若想從其他方向一窺究竟,就會發現箱子上面有一道縫隙,大小剛剛好可以放進硬幣,箱子裡面則是黑漆漆的,無法看出端倪。
如果把硬幣從縫隙投入貯金箱中,那麼硬幣會不會砸到箱子正中央的米奇,而讓它發現萬有引力呢?千萬別想太多,這個貯金箱之所以令人嘖嘖稱奇,是有原因的。投進去的硬幣不但沒有如眾望所歸的K到米奇,而且雖然能聽到硬幣入箱的聲音,但卻看不見硬幣的蹤影!
這其實是一個利用平面鏡反射定律來延伸應用的光學玩具。箱內有一塊斜放45度角的平面鏡,剛好是在箱子的對角線上。為了掩人耳目,箱子內部會貼上簡單的幾何圖案來掩飾鏡子的存在。最後只要在鏡子上貼上半隻米奇造型的玩偶就可以了。

咦?半隻?有沒有搞錯啊?明明映入眼簾的是一整隻完整的米奇呀!其實另外那半隻米奇是左右相反的虛像,是由平面鏡的反射所形成的,實物和虛像大小相等,物與像在界面上合併之後,讓人看上去會以為是完整無缺的個體。
要了解平面鏡成像的原因,就必須先知道所謂的反射定律(其內容之一,就是入射角必定等於反射角)。即使物件為非點光源,射出許多光線,但都會在鏡面上遵守反射定律,稱之為「鏡面反射」,而這些反射之後的光線進入眼睛之後,便組合成影像。
硬幣進入縫隙中,是滑到鏡子的後方,由於硬幣本身不會發光,再加上箱內沒有光線可以通過平面鏡,從前方的透明壓克力板當然看不到「消失」的硬幣。
其實如果觀察力夠強,在箱內的上下左右都可以發現物與像對稱的事實。例如,箱子下方和後方的圖案對稱,另外在左右兩側的圖案也是對稱的哦!甚至連影子都會被「複製」呢!

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