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   

塑膠彩虹

透明的塑膠也會有彩虹,你相信嗎?

材料:偏光片、塑膠製品
操作步驟與現象:

  日常生活有很多塑膠用品,例如尺、叉子、湯匙等等,這些看起來透明的塑膠用品,可以變成漂亮的彩虹喔!圖一是塑膠的尺;圖二是塑膠叉子;圖三為塑膠湯匙;圖四為塑膠瓶。這是如何形成的呢?

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  操作步驟相當簡易,首先要取得「偏光片」,也就是立體電影的3D眼鏡(不是紅、綠色的3D眼鏡,是3D電影或立體劇場的眼鏡,二個鏡片外觀看起來一樣)。將3D眼鏡的左右眼分別剪下來,就是偏光片。

  如下圖,在二片偏光片之間放置塑膠物品,就可以看到漂亮的彩虹了,而且慢慢旋轉其中一片偏光片,彩虹的顏色也會跟著變化喔!

原理:

  本遊戲的原理與本網已介紹過的「魔幻變色鏡」相同,都是利用偏光片原理以及塑膠雙折射(birefringence的特性。

  首先,偏光片能讓光源的光產生偏極化(polarization),亦即偏光片能產生特定波動面的光(稱為偏極光),因此偏光片有如光的過濾器。

  大多塑膠製品,具有雙折射性質,使得通過第一個偏光片的偏極光在通過塑膠時,分解為二道快慢差異的光線。而經過雙折射的偏極光,通過第二個偏光片時,偏振光的過濾作用,只讓某一特定的偏極光通過,因此我們只能看到特定顏色的光。由於雙折射的折射程度,和塑膠材質的密度、厚度、分子排列等等的微小差異有關,因此塑膠材質只要有彎曲或形狀變化,就很容易顯示出這種特性,進而形成彩虹的現象。

  上述的現象被稱為光彈性(photoelasticity),在材料科學上常應用於「應力(stress)」分析,用以檢視材料是否有潛在的應力破壞、疲勞性破壞等等的殘留應力,例如彩虹條紋密度越高,代表該區的殘留應力越高。

叮嚀的話:

1.偏光片如果用購買的相當貴,通常沒有零售小片的,如海報紙大小的偏光片要價超過三千元,而3D電影使用的立體眼鏡,售價也不便宜,建議在科學博物館(例如國立自然科學博物館、國立科學教育館等)觀看立體劇場之後,不要丟棄立體眼鏡,甚至可向博物館索取回收的立體眼鏡。

2.在教學上,建議可以指導學生觀察或討論以下問題:(1)觀察透明膠帶或是包裝塑膠紙是否有彩虹,然後在觀察時用力拉扯,但是不要拉斷或撕裂,記錄顏色或條紋是否有變化?(2)將光源以紅色或綠色等玻璃紙包住,產生單色光,再進行觀察比較與白色光源的結果有何差異?為什麼?(3)取熱熔膠的膠條為觀察樣品,記錄觀察結果之後,將膠條用力拉扯二、三次,再觀察,有沒發現差異性?拉扯前、後的色彩條紋差異為何?

參考資料:

1. Plarizationhttp://www.polarization.com/

2. Atmospheric Phenomenahttp://atoptics.wordpress.com/tag/polarized/

3. YouTube 影片:(1) http://www.youtube.com/watch?v=POowboGGXFc

(2) http://www.youtube.com/watch?feature=endscreen&NR=1&v=c87pj07VEGA

(3) http://www.youtube.com/watch?feature=endscreen&v=Bv7HsJ4LbkA&NR=1

4. Introduction to Stress Analysishttp://www.intertechnology.com/Vishay/pdfs/Application_Notes/TN-702-2.pdf

5. Obuda Egyetemhttp://www.uni-obuda.hu/users/grollerg/Materials%20Science/Stress%20Optics.pdf

6. Glitterinshttp://www.glitterins.com/introduction-to-photoelasticity.html

7. 林宸生老師網頁:http://140.134.32.129/plc/pre-oe/optical/OP7.htm

8. 科學玩具柑仔店:http://kingdarling.blogspot.tw/2013/02/blog-post_6716.html

9.周鑒恒(2005)。有趣的偏振光實驗。科學教育月刊,285期,39-41。