2013年1月1日

科學玩具-視覺-Mirage(幻像)


在物理的領域中,「光學實驗」常常是色彩繽紛而又引人入勝的,但是光學原理偶爾也會被科學家拿來製造「幻覺」,這組Mirage教具就是一例。
網路上有賣家或是坊間實驗器材公司的目錄將它轉譯成「海市蜃樓模擬器」,這就是一個中文翻譯所造成的迷思。因為它所使用的原理,就如同英文mirage一樣,是指鏡面反射或是幻像,然而,海市蜃樓的成因則是跟不同介質之間所產生的全反射現象有關。
為什麼擺放進去的小強會在空中飛舞?為什麼硬幣能抵抗重力而能浮在半空中?這個「無中生有」的影像,其實是來自兩組拋物面鏡(凹面鏡)連續反射的結果,而且這個影像是一個左右顛倒的實像哦!
這是將兩個凹面鏡上下相疊,在上面的凹面鏡中央有一個洞,在下面的凹面鏡中央擺放一個不大於上方洞口的小東西,再從上方45度角看下去,就會發現上方洞口中央出現一個一模一樣的「實像」。伸手去探一探虛實,結果發現什麼都沒有,如同滿天全金條,要拿沒半條。
兩個凹面鏡並非緊實地接扣在一起,而是以一定的角度相接合。在上方的凹面鏡會先反射位於下盤中央的實物影像,然後這個影像再由位於物體正下方的凹面鏡投射到上方的洞口之外。從斜上方看起來就好像是一個懸浮在半空中的物體。
而其擬真性與投射高度則會和製作材質相關。如果是美國版的玻璃面鏡製品,不論是清晰度或影像可以提升的範圍,令人驚奇的程度自然不在話下;但若是塑膠電鍍製品,雖然功能相仿,但清晰度就會相距甚遠,況且物體在鏡面上擺放著難免會滑動,這就會在電鍍鏡面上留下難以抹滅的刮痕,久而久之,真的就會像是霧裡看花,越看越花。
延伸活動
我在上光學課程中的拋物面鏡單元時,往往會利用這組Mirage教具來作為引言,因為它不論正反面都可以成為給學生的挑戰性問題。例如,我會要求學生能找出凹面鏡的焦距,怎麼找?想想看!

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