2013年3月10日

科學玩具-光學-偏振陀螺


光所呈現的現象是從人未睜開眼睛就開始進行的一連串美妙的過程。有句俗話說得好:「眼見為憑」,人可藉由感官來了解、接觸這個世界。但是,有沒有可能連自詡為萬物之靈的我們,也會受到矇蔽呢?尤其是透過靈魂之窗,看到這個玩具將靜態影像呈現出動態的奇幻效果,讓人嘖嘖稱奇之餘,也能了解到眼見不一定為真,而明白在千變萬化的事物背後隱含有簡單的科學原理。

這是之前我邊看電影邊所黏貼設計出來的偏振陀螺,顧名思義,它不只會轉動,也跟光的特性脫離不了關係,可說是集合光學與運動學的作品。原本的幻覺陀螺上貼有一張黑白橫紋間隔的視幻覺圖,但這次不採用它,而是把主角換成之前就提到過好幾次的偏振片。沒錯,隨著偏振片的角度改變,可以使光有被過濾的效果,產生一明一暗的變化。
從光碟塗料上反射出來的光經過了偏振片,也形成了各種色彩
要呈現何種變化,也是可以值得花時間進行構思的地方

而在偏振片下方也有其他設計,使用了具有旋光性質的材料,使得原本透明的交疊處,在偏振片的加持下出現了彩色的區塊。它是什麼?就只是一般的透明膠帶而已!膠帶層數的不同,將使得色光偏轉的角度不一,最終只有符合偏振軸方向的能穿透而過。

原本以光作畫時,都是貼在塑膠板上,然後再用偏振片觀察,我們所看到的是靜止的作品。但是如果將其與陀螺結合在一起呢?原本靜止的畫作,透過穩定的旋轉,整個便鮮活了起來。
這代偏振陀螺上的偏振片採用井字形的對稱設計
不過當最後需要貼上某一塊偏振片時,務必思考清楚它與其他偏振片的明暗區隔

而光從哪裡來呢?其實不用擔心光碟不能反射光,只要將透明塑膠片那一面朝上設置即可。光經過了光碟反射面反射後,就已經出現了繞射與干涉的現象,可以從上方照片中光碟上的彩虹即可觀察到。若是再經過偏振片的篩選,將會使得變化更多也更令人著迷。
使用光碟式的陀螺有個好處,就是可以做為圖案設計的範圍大,也就是畫布夠大時,變化也多。除此之外,這種陀螺不但重心低,光碟面質點分布均勻,離轉軸又遠,轉動慣量隨之變大,因此一旦旋轉起來,既平穩又持久(相較於其他形式的陀螺而言),因此才採用這種設計。

透過操弄它,操作者會看到每一個膠帶重疊的地方有著不同的彩色區塊,加上偏振片在轉動時出現明暗變化,反覆出現的現象經由圓周運動而呈現,顛覆我們對感官與材料的認知。

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