2013年1月17日

科學玩具-光學-光學遊樂園(一)


去年接近年底時,好不容易說服內人跟我一起去我自己想去的地方-高雄科工館,原因是心血來潮想參觀2009高雄市科學園遊會。對於小朋友來講,他沒有印象那裡是什麼地方,只好半哄半騙說服他離開阿嬷家,跟著我們去「遊樂園」玩,一家四口就這麼風塵僕僕專車趕往高雄,其中還包括三個月大的小嬰兒。

本來想說早一點出發,趁人潮還沒湧現之前進館,不用人擠人,所以九點多的時候就已經抵達科工館的停車場停好車。這對星期日的活動來說,算是很早進場參觀了。不過到了售票口準備購票時,迎接我們的卻是一個晴天霹靂的消息:活動「昨天」就已經結束了。原來我記錯了日期了,原本以為它是週五到週日共三天的活動,所以想說在第三天再去湊熱鬧,沒想到這次只有10/3010/31兩天。

既然來了,就進去參觀一下吧!望著空蕩蕩的展館,各樓層似乎就充斥著我們一家人的腳步聲和小孩子的呼叫聲,是種蠻奇特的經驗。一家人跟著我的腳步,從四樓生物區的防疫大作戰、菸害防治到另外一邊的台灣產業革命展館,一直到航太科技,真的是想看什麼,就看什麼,都不用排隊等待。小朋友在這裡面東摸摸、西摸摸的,我倒是不反對。

最後晃到了地下室,那裡有一個區域是讓小朋友遊玩的「光學遊樂園」,從入門的光電遊戲開始,小朋友的雙腳就不受控制了。算啦!就當作是補償他吧,不過,我想拍照的時候,還是要請他配合一下。

首先是偶鏡。自己在家只能做小尺寸的實驗,但是在這裡,整個人都可以進去操作。以不同的平面鏡夾角,觀察到底會呈現幾個影像。電梯裡面有時候會設置兩個相對的面鏡,觀察者就可以看到無窮多的影像,但這是「理論上」,實際上因為部分光線會被玻璃吸收,所以離實物越遠的影像會越來越暗,終究模糊到無法辨識。
偶鏡夾角由大到小,所呈現的虛像數目也不同
左圖中,我請小朋友抬起左腳,觀察看看鏡中的影像如何呈現

為什麼從偶鏡中看到的像有時候並不是左右相反的,而是和實物一樣的呢?其實是因為從偶鏡中所看到的影像是經過兩面鏡子依次反射所形成的。如果面鏡夾角90度,每面鏡子都把像左右顛倒一次,經過兩次反射,像也就顛倒兩次,在中間的影像就會變得和原來一樣了。
這次是頭部偏向左右兩邊,左手拿著一張白卡
鏡中的每個影像左右各有不同,但是都有一定的順序

既然有這麼大的道具,那就利用它來做個實驗吧。把一個小朋友放在兩面鏡子的中間。然後鏡中就可以看到很多小朋友圍成一圈站著,就像照片中一樣。改變鏡子間的夾角,鏡子中的人數也隨著變化。
隨著角度越來越小,所形成的像就越來越多(可以參考圖中的燈光數)
當然這裡面會有公式可以計算不同的夾角所形成的影像數目,但何必太過學術呢?

這是由於從人體反射出來的光線在兩面鏡子中間發生多次反射,每反射一次就會讓人看到一個虛像。鏡子之間的夾角越小,形成的虛像也就越多。萬花筒就是根據這個原理製成的。
萬花筒屋,裡面有各式各樣的大型萬花筒,是市面上不常見的光學道具

既然提到的反射玩具,那就不能不提到萬花筒了。該展場還設立了萬花筒屋,提供一些大型的萬花筒供民眾使用,觀察眼前的花籃或彩色轉盤,滿足一般人看到洞就想一窺究竟的慾望。
左邊是觀察花卉,筒身可以左右轉動,所以每個人看到的不一定是相同的花
右邊是轉盤式的,裡面的色塊顆粒會移動,這就有點像市面上最簡單的萬花筒

左邊的是有三種不同的琉璃色盤,可以旋轉,另外筒身也可以上下移動
所以可依照觀察者自己對顏色的喜好來做出不同的顏色組合
右邊雖然也是轉盤式的,但裡面的琉璃色塊不會移動

最後介紹的這種萬花筒,當然不能和現代科技脫鉤,結合了過去與未來,展場中利用了中間的液晶螢幕與四週的數面面鏡,配合不斷變換的幾何元素,營造出科幻與時尚的效果,讓人將萬花筒內的世界延伸得更多更廣。
中間是螢幕,所以中間呈現出何種圖形,四周馬上就會有相對應的圖形
因為可以隨心所欲變化圖案,所以自由度比較高
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