科學玩具－視覺－懸浮方塊（箇中橋楚）

 

科學遊戲－視覺－換個角度

換個角度，也許可以看得更清楚，不只是在做人處事上，也可以應用光學原理在生活中。道路上的中文標字也是這樣的設計，由於駕駛人的視線角度較貼近地面，所以塗上拉得長長的字體，才容易讓駕駛人看清楚。

 

點選字型→進階→字元間距
將縮放比例調整至5%即可（字體大小依列印範圍調整）

照片中的字，由於使用文書軟體將字體拉得很長，所以從正上方觀察時，很難一眼就讀出內容，此時只要將紙張傾斜或調整觀看角度，從字底朝向前方觀察，縮減字體上下之間的長度，讓整體比例稍稍回復到正常閱讀時的模樣，比較容易辨識。

生活科學－錯視覺－水往上流

2019的環島之旅，行經臺東都蘭部落時看到觀光景點的標示，臨時起意往這處轉進來，發現景點的腹地範圍還不小，可以沿著坡道往上慢慢散步。在信步向上之前，大家最常拍照的地方就是這塊石碑，也就是「近看」水向上流的熱點。

碑文上刻著：「古語說：『人往上爬，水往下流。』但本縣民間卻傳說有一處水往上流的奇觀，信不信由你。不過百聞不如一見，奇景就在眼前。請您停下來，實地欣賞一下吧！」

一股腦兒地就近觀察，常會忽略掉重要的背景線索

因此水向上流的現象雖非人為刻意營造，但卻是顯著的錯視覺例子

 

面對渠道觀察，水流看起來是從地勢較低的左側，往相對高的右側流上去
加上近看時，可參考的背景線索較少，而且觀察者就站在容易被誤導的斜坡上

 
遠觀後，可判斷的背景線索就出現了
左邊的相片是「讓人以為」的狀況，右邊才是真實的地勢，水還是往低處流的

簡單來說，拿手機水平儀測試角度作為輔助，就能知道地勢。隨著觀察基準點不同，就會出現不一樣的現象，重點還是觀察者要先確認所在地的地勢是水平的，才能量測到正確的結果。

關於奇觀的歷史沿革：「水往上流」原是都蘭部落阿美族人在1870年灌溉農田而開闢的水圳，現又名「都蘭四號圳」。該水圳可說是都蘭部落族人的共同生活記憶，不僅是阿美族青少年成年禮訓練的基地之一，也是族人在夜裡溯溪採集食物或挑水的重要據點；後來人們遠觀此圳，發現水流會順著斜坡往上流，從此奇觀之名即遠播四方。

文字資料來源：東部海岸國家風景區解說牌

生活科學－視幻覺－旋轉風向計

2011年1月31日經過淡海新市鎮時，聽在路邊拍下這一幕。風速計或風力發電機的旋轉方向可以經過個人的大腦判斷與解釋，決定成為順時針轉動或逆時針轉動（或許與實際轉動方向不同）。尤其是風速變大、轉速加快時更為明顯，透過背景、遠近、視覺線索這些條件，讓觀察變得更有趣。

 

轉速慢→

 

轉速快→

相關文章：生活科學－視覺－向左轉？向右轉？

生活科學－視覺－正轉還是逆轉？

電風扇的葉片或飛機的螺旋槳看起來與旋轉的方向一點點的逆向轉動，這種情形在看電視或電影時常常出現。當直升機螺旋槳一開始啟動時，要克服慣性與扭力矩，會逐漸轉得越來越快，雖然一開始因為轉速變化的關係而看不清楚，但是逐漸可以看到清楚的翼面掠過的現象。

不管扇葉或翼面有幾枚，功能都是將空氣往另一方向送出，轉動的方向則是與攝影機的運作機制有關，電視、電影中那些看似連續的畫面，其實都不是連續的，即使鏡頭移動，也都是分隔的畫面。但是人的眼睛無法辨識這些連續播放但實質上是不同的畫格，而殘留的影像則將下一幅影像串聯在一起，造成連續動作的視覺效果。

以電風扇的A、B、C三枚翼面來說，在每畫格1/24秒的機制中，三枚各相隔120度的翼面若一開始的轉速僅能順時針旋轉90度，那麼在0秒及第1/24秒的這兩個畫面之間，翼面A可以從0度轉到90度，翼面B可以從120度轉到210度，但是人眼看到的是翼面B於0秒時在120度的殘留影像與翼面A於1/24秒轉到90度的明確影像接續在一起，所看到的就是翼面一點一點的逆時針旋轉。

後來轉速若能增加到順時針旋轉120度，在兩個畫格之間，翼面A可以從0度轉到120度，翼面B可以從120度轉到240度，這時看到的是翼面B的殘留影像與翼面A的明確影像重疊在一起，這時會發現翼面像是靜止的。

當馬力逐漸升溫，若轉速增至順時針旋轉150度，在兩個畫格之間，翼面A可以從0度轉到150度，翼面B可以從120度轉到270度，而眼睛所看到的是翼面B於120度的殘影與翼面A在150度的實像重疊在視網膜上，所看到的就是翼面一點一點的順時針旋轉。

頻率的觀念對學生來說是有點抽象的觀念，那不如用最親近他們生活的時鐘當做例子吧！台灣室內日光燈的閃爍頻率是120赫，也就是每秒可以出現120次的明滅現象。之所以為120赫，是因為台灣的交流電頻率為60赫，交電流的每個周期可以讓日光燈在升往波峰及降至波谷的波段亮起來，而在通過波峰及離開波谷的波段暗下去，因此一個完整的交流電周期等於是日光燈兩個明滅周期。

假設把日光燈的明滅週期由原本的一次1/120秒延長成一次60秒（和秒針轉一圈同步，等於是一分鐘的時間，應該很貼近生活吧！），當時鐘的秒針指在刻度12的時候是第一次觀察到，當秒針繞行一圈（也就是花費60秒）再度回到刻度12時是第二次觀察到，眼睛會看到秒針一直停留在刻度12。也就是說，日光燈明滅週期與秒針同步時，會讓我們看成是秒針沒有移動過。

接著把日光燈的明滅週期稍微縮短，假設為明滅一次需要花費50秒，所以在第二次看到秒針時，它會出現在刻度10的位置，第三次則會指在刻度8的位置，這些連續的現象看起來會讓人認知為秒針正在逆時針轉動。家裡的電風扇剛啟動和關掉時，會看到它有時是順時針轉動，有時是逆時針轉動，也是這種原因。

生活科學－視覺－神龍見首不見尾

高雄壽山動物園入口附近有這麼一根柱子，最上面的燈罩內是高速旋轉的LED燈條，藉由燈號的明滅與持續，從而展示出不同的圖文，這樣的電子產物其實一直出現在我們身邊，而且扮演傳達訊息的角色，所採用的視覺暫留現象則是現今電子資訊傳媒得以火熱延燒的科學原理。

不過看歸看，透過眼睛觀察時是一幅連續而完整的畫面，與透過手機或相機來觀察是兩回事。攝影器材基本上是以每秒30畫格的方式來拍攝獨立的畫面，也以同樣的頻率來播放動態的影像，動態的影像源自於視覺暫留，只要暫留的影像尚未消失前就補上下一張畫面的話，大腦就會將眼睛所看到的解釋成連續的畫面。

影像畫格的切換與銜接必須在1/16秒內完成才能呈現連續與動態畫面的協調感，但是當攝影器材儲存畫面紀錄時的頻率與光源頻率不同步時，就會出現拍不到的部分，就像是大家偶爾在新聞上看到的股市電視牆與傳統電腦螢幕CRT畫面一樣，都會有黑色的線條向上移動或向下移動。

透過眼睛看是完整的一條龍，但相機所拍攝的畫面卻是見首不見尾

而且每一段身體出現的時間並不一致，所以是斷斷續續的

像上圖畫面中所出現的部分圖案是某一瞬間出現的，雖然在分隔的獨立畫面中不連續，但是眼睛裡尚未消失的暫留影像加上才剛出現的新影像，組合成一幅完整的畫面。圖案還會逐漸移動， LED的明滅位置不是每一圈都相同，代表LED的發光頻率與旋轉頻率並非同步，至於圖案看起來是前進還是後退，則要看兩者的頻率差異，相關說明可參考生活科學─視覺─正轉還是逆轉？

不過對於相機而言，在每個極短的時間間隔內，所拍到的與眼睛所看到的並不相同，由於相機不像眼睛有視覺暫留的效應，所以透過攝影鏡頭觀看留存下來的畫面，就會發現畫面中所呈現的與眼睛所看到的有很大的差異。可能會發現畫面不連續，也可能會看到頻率的改變。

畫面不連續就像上面被鏡頭捕捉到的那一瞬間，所以會看到影像一段段的跳躍著出現，圖畫中有些部分會一直看得見，但相對的就會有一部分鮮少出現。而另外一種閃爍頻率的變化，肇因於畫面明滅的頻率與每秒畫格數目之間的倍數關係，使得有些部分無法拍攝到，所以會感覺到螢幕上所呈現出來的像是慢動作哦！

延伸閱讀〈科技大觀園〉－－ 
看到子彈正穿過撲克牌　快速攝影術的發明

科學展覽品－視覺－Pixar視覺暫留平台

科學展覽品－視覺－視覺暫留平台

可以展示視覺暫留的圓柱型平台，運轉時搭配許多分解動作與閃光

讓前一個動作與後一個動作相連接形成看似連續的動作

在科教館看到一個和科工館功能完全相同，造型也很類似的展品－視覺暫留平台，而且還有志一同地放在地下一樓，不太明亮的燈光配合著演出，讓閃光的效果得以呈現。市面上有一種有舞台效果的燈具，叫做爆閃燈或閃頻燈，如果想玩玩視覺暫留的科學遊戲，可以買來試試看。

何謂視覺暫留(Persistence of Vision)？
當物體的影像投射在視網膜上，我們就可以看到這個影像，而當物體消失時，這個影像仍能保留十六分之一秒，超過了這個時間，影像就會自動消失。這種現象，就稱為視覺暫留。電影、電視以及卡通影片，都是以每秒播放二十四畫格的方式來呈現出連續動態的效果。

因為要在一秒鐘裡面閃爍明暗很多次，所以對於電壓與頻率要求還蠻高的，好一點的還可以調整閃爍頻率，達到適合觀看的明滅要求。曾經異想天開地拿裝在腳踏車後方的警示燈來試試費納奇鏡轉盤，但是完全沒有理想的效果，即使是警示燈最快的頻率，看起來也只是紅色暗房中的不連續畫面。所以警示燈還是裝在腳踏車上就好，因為閃太快幾乎就等於沒閃一樣。

視覺暫留平台
本平台便是將動作有些微差異的卡通玩偶，依序固定在可以旋轉的圓盤上，當源盤快速轉動時，加上動態的閃光，就會讓人感覺到圓盤上的玩偶定點開始動了起來。而此特效，就是利用我們的視覺暫留特性來呈現。

還好只是短時間的展示，所以不會造成眼睛的疲累感。就像護眼專家常常宣導的「不要在燈光不足的房間裡長時間觀看螢幕」，這種警語在日本電視卡通節目開始時一定會出現，小朋友在家裡或是陪同的父母都能被提醒，久而久之就會成為習慣，知道保護眼睛的重要性。而台灣以手機、平板與電視餵養小孩子的父母越來越多，不但讓小孩子對這類3C產品上癮，也讓書寫閱讀的能力大幅滑落，讓孩子把工具當玩具絕對是家長們的教養問題，不能治本就不要把責任推託到學校教育上。

科學玩具－視覺－海市蜃樓模擬器(Mini)

原文發表於Yahoo奇摩部落格2012年10月29日。

最近拿到這一款有關於光學的迷你版教具，可以用在光學的面鏡成像單元，以前在部落格就已經有介紹過，能呈現出相當吸睛的光學成像，當初在台南的科學園遊會、科學營或班級上課的展示中，都有令人目眩神迷的效果，引起動機的效果相當好。

兩個小小的凹面鏡搭配三顆小圓珠，能做什麼？

其實跟海市蜃樓的成因（折射）一點關係都沒有

但是不能只是神奇就好，還需要在這些現象上做一些延伸探討，例如其中牽涉到的原理、面鏡的成像原理、實像抑或虛像的原因探究、焦距的測量方法或焦點的尋找等等，都是我上課內容的一部份，而且別忘了凹面鏡的另一面是可以當作凸面鏡的事實。

不過仔細一看，跟我原本自行購買的教具還是有差別，其中最大的差異就是在像的清晰程度，如果是玻璃製的歐美舶來品，其立體效果驚人自然不在話下，同樣是外國貨的中國塑膠電鍍製品也能展現基本的效果，只是物體在鏡面上滾動時會刮壞鏡面，影響了清晰度，所以最好是靜態展示，用手戳戳看就好，不然沒多久就刮花掉了。

再來就是可以擺放展示的物體會受到相對的限制，由於面鏡小，所以展示物就必須是小的，因為面鏡上的圓孔也很小。而且還要考慮一點的就是曲率，這會直接影響到焦點的位置，焦距也會因此而變化。既然如此，那就不是所有的凹面鏡都能拿來做相同的事了。

測試之後的效果並不好，成像並沒有精準地落在圓孔中，而且模糊

原因在於鏡面並不是非常光滑的，而且面鏡焦距有點長

最早是在長億高中國中部林宣安老師的分享中看到自製的方法，利用裁剪下來的兩個鋁罐凹面相對，並在其中一個底部上鑽孔，最後在使用水砂紙研磨拋光，就成呈現出相同的效果，只是有點累。後來在台東創意Ｓ團隊林均瀚老師在跨縣市科學創意社群的檔案分享中，也看到用魔鏡自製海市蜃樓模擬器的迷你版，省卻了拋光的過程。

雖然鏡面平滑程度無法改變，使得精緻度沒那麼高

但使用它的時候還是做了一些調整，把其中一面提高一些，就會出現明確的實像

所以雖然給的是現成的教具，但還是要知道怎麼使用它、改良它，甚至是延伸出其他用途，這是科學教師可以展現專業的地方。交給學生研究是其中一個方法，但是也要有回不來的心理準備，越容易拿到的東西，可是越不會被珍惜的。