國立台中教育大學 NTCU

科學教育與應用學系

科學遊戲實驗室   回首頁   

魔幻變色鏡

利用立體劇場的眼鏡與你的巧手,可以看到會變化顏色的光喔!

材料:立體鏡片(偏光片)、美工刀、膠帶
操作步驟與現象:

立體劇場或立體電影的鏡片具有相當特殊的性質,經過簡易的設計可以呈現令人驚訝的現象。表演時,先拿二片立體劇場的鏡片,前後相疊,再慢慢旋轉其中一張,可以看到每旋轉90度就會一亮一暗的變化喔!

除了一暗一亮的變化,神奇的是;還可以製作以下各式各樣的色彩變化!

(一)萬花筒

觀看實驗影片(10.4M)

製作方法

  取立體鏡片一片,貼上膠帶,如何貼膠帶呢?方法是;上下交叉、斜著交叉、直貼、橫貼(如右圖)。只要貼的膠帶有不同的層次,亦即讓立體鏡片上有的地方是一層膠帶,有的是二層膠帶,有的是三層、四層、五層……等等,就可以顯現五彩繽紛的顏色了。

  貼好膠帶後,將一片未黏膠帶的立體鏡片放在上面(注意:貼膠帶那一面,位於二片立體鏡片之間),再面對光亮處,慢慢旋轉其中一片,就可以觀賞萬花筒般的色彩變化了。
(二)變色Windows

觀看實驗影片(13.5M)

製作方法

  如同前述的製作方法,Windows標誌的四面窗戶分別貼上不同層數的膠帶。在製作上建議先直接貼上四層的膠帶,然後以美光刀切割窗戶,再分別撕下一、二、三層膠帶即可。完成後,同樣放上一片未黏膠帶的立體鏡片,再面對光亮處旋轉。
(三)眼花撩亂

觀看實驗影片(11.8M)

製作方法

  前述二項操作,都只需要將其中一片立體鏡片貼上膠帶。本項的操作則二片立體鏡片都要貼膠帶,而且貼膠帶的方式二片都一樣。

  如下圖,首先在玻璃或壓克力板上(光滑面),上下相距約0.3公分陸續貼上膠帶共五片(六片也可以),再剪下上方虛線框的區塊,然後貼在立體鏡片上。以同樣方法再製作第二片。完成後,將二個立體鏡片分別以相背方向以及相對方向重疊並旋轉,就可以看到多種的變化以及多彩的X形囉!

原理:

  光為一種電磁波,電磁波的振動面(波動面)有各種不同的方向。而立體眼鏡的鏡片是一種「偏光片(偏振片)」,能夠將光偏極化(polarization),而成為單一方向的光。如圖一所示,當一般的光線通過偏光片時,各種振動方向的入射光,只剩特定方向的偏振光(藍色曲線)。

  如果二片偏光片放一起時(如圖二),當二片鏡片的偏振方向互相垂直時,通過第一片偏光片的偏振光會被第二片偏光片擋住,看起來就黑黑的(暗的)。當第二片偏光片旋轉90度變為平行時,偏振光就可以繼續通過第二片。因此旋轉二片鏡片時,就會看到每90度就一亮一暗的變化。

       圖一                  圖二

  如果貼上膠帶,因為膠帶在製造的過程,其材料讓通過的光具有雙折射特性(有二個不同的折射率),有些光進入後會依A折射率偏折,有些光則依B折射率偏折,而變為二束光。透過另一鏡片後又減少了某些方向的偏振光,造成我們所看到的光是它的互補色光,並且隨著角度的變化而不同。

延伸的科學遊戲:

  立體鏡片除了有上述的變化,還可以製作一個奇妙的魔術盒。如圖三,是一個透明的三角柱,中間看起來有一層黑色的障礙物,但是將冰棒棍插進去,居然可以穿透過去!(如圖四)

      圖三                圖四

              觀看實驗影片(10.9M)

這是利用立體鏡片能偏振光線的特性,二片鏡片之間只要偏振方向互相垂直就不透光(黑色),互相平行就透光。因此三角柱中央的黑色區域,是因為偏振方向互相垂直造成的視覺效果。

三角柱共包含六片的立體鏡片,上面三片與下面三片的光柵互相垂直。製作方法如下:

1.首先確認拿到的立體鏡片的偏振方向,例如國立自然科學博物館的立體劇場,其立體眼鏡的偏振方向是左斜與右斜的45度(圖五的藍色立體眼鏡)。而其他立體劇場的鏡片則可能是直的與橫的(圖五的綠色立體眼鏡)。

2.如何知道拿到的立體眼鏡是哪一種呢?只要將右眼、左眼的鏡片重疊(如圖六),無論哪一種,看起來都是暗的。然後將其中一片翻轉,如果變成亮的,偏振光的方向就是斜的(藍色)。如果還是暗的,偏振光就是垂直或是水平的(綠色)。

 

     圖五                     圖六

3.確定拿到的立體鏡片屬於哪一種之後,依照圖七的方式剪裁立體鏡片。

4.如果是藍色鏡片,則取右眼、左眼的立體鏡片各三片,每一片以美工刀切下一個長方形,此長方形與鏡片的左右接觸點必須為45度。因為立體鏡片的光柵是斜向45度,不是垂直或水平。

★注意:不論右眼或左眼的立體鏡片,切割時鏡片的方向必須一致(例如都是往前看的方向),不可以有的鏡片是往前看的方向,有的是往後的方向。

5.如果是屬於綠色鏡片,則立體鏡片的裁切,取水平的長方形即可,同樣左、右眼分別裁切三片。

6.將右眼、左眼的三片長方形鏡片,分別組合為三角柱,並用黑色膠帶黏貼起來就完成了。

 

參考資料:

 1.Polarization.nethttp://www.polarization.com/index-net/index.html

 2.The physics classroomhttp://www.physicsclassroom.com/class/light/U12l1e.cfm

 3.科學玩具柑仔店:http://tw.myblog.yahoo.com/jw!lEuTLXWFERs3eYDAO7jiVVmubQ--/article?mid=442&prev=497&next=433&l=f&fid=21

 4.Exploratoriumhttp://www.exploratorium.edu/snacks/iconpolarization.html