平淡無奇的小鋼珠，也能炫麗奪目喔！

※器材：鏡子、錶玻璃、滴管、鋼珠、黏土、手電筒

本實驗參考自英國專門販售玩具的Great Illusion網站（見參考資料1），由於可以如同颶風旋轉得很快，因此稱為「颶風球（hurricane balls）」，售價約24英鎊（約台幣1,200元）。版主自行購買材料製作，製作非常簡易，成本只需台幣約100元。製作過程與操作現象如下：

1.裝置如圖一，包含鏡子、錶玻璃、鋼珠以及黏土。首先取二顆直徑約1.0公分的鋼珠，以快乾膠黏貼固定在一起，再放置在錶玻璃上面。錶玻璃下方放置一面鏡子，為了避免錶玻璃晃動，取三塊黏土放在錶玻璃與鏡子之間（如圖一的黃色黏土）。完成後，就可以準備玩囉！

2.先用手轉動鋼珠，再以滴管用力吹氣，以推動鋼珠繼續旋轉。吹氣時，將滴管對著二顆鋼珠的左邊或右邊，就能使鋼珠很快速的一直旋轉。

3.鋼珠旋轉之後，以手電筒照射鋼珠，就可以看到光環（如圖二～五），而且隨著不同的照射角度以及旋轉速度，會分別產生一圈到四圈的光環喔！

4.如果以二道不同顏色光的手電筒照射，可以形成更炫麗的光環（如圖六、圖七）。

觀看實驗影片（11.3M）

本實驗的原理包括了「光的反射」、「視覺暫留」以及「角動量守恆（conservation of angular momentum）」。首先，當鋼珠的旋轉速度較慢，而手電筒水平入射（如圖八），光線照射到鋼珠而有亮亮的一點，同時由於鋼珠在旋轉，視覺暫留的結果就看到一圈的光環。當手電筒的角度變大時（如圖九），鋼珠上除了有手電筒光線照射的亮點，也包括了經過鏡子反射光線的亮點（如圖九的虛線），因此就會看到二個圈圈的光環。

至於四個光環的產生，必須在鋼珠的旋轉速度夠快的時候才會發生。如圖十，當鋼珠的旋轉速度很快時，二個鋼珠不是「水平並排」的旋轉，而是「站立旋轉」。因此上面與下面的鋼珠都會有二個光點，這二個光點如同圖九，分別包括光線直接照射以及鏡子反射所造成的亮點

為什麼鋼珠的旋轉速度很快時，二個鋼珠會「站立旋轉」呢？原因是「角動量守恆」（角動量=質量x速度x旋轉半徑）。例如溜冰選手在旋轉時，如果手臂縮起來，旋轉速度會變大，這是因為手臂縮起來時的旋轉半徑比較小，旋轉速度就會增加了。換言之，旋轉速度增加時，旋轉半徑就越小。同理，如圖十一，當二個鋼珠旋轉速度較慢時，旋轉半徑R較大；而旋轉速度增加時，鋼珠站立旋轉，旋轉半徑就縮小為r。

1.鋼珠下面墊錶玻璃，主要是因為錶玻璃是凹面的，可以避免吹動鋼珠旋轉時，鋼珠到處亂跑而維持在一定區域。建議使用大一點的錶玻璃，曲率較小，比較不會影響鋼珠順暢的旋轉。

2.吹動鋼珠的滴管，滴管口如果口徑太小，出風口也就變小，會不容易吹動鋼珠，建議使用口徑略大一點的滴管。

3.手電筒使用口袋型或是手機的手電筒功能即可，大的手電筒太亮，觀察效果反而較差。而不同顏色的光，以有色玻璃紙覆蓋手電筒，或者以彩色筆塗抹手電筒鏡頭，就可產生不同顏色的光。

4.教學上可以指導學生實驗與討論以下問題：(1)實驗如何使鋼珠分別產生一到四個光環？而且與手電筒角度、鋼珠旋轉速度有何關係？(2)如果底部不使用鏡子，實驗結果有何差別？(3)如果黏貼三個鋼珠（包括直線形、三角形），實驗結果如何？產生的光環有何不同？

1.Grand Illusions Ltd：http://www.grand-illusions.com/acatalog/Hurricane_Balls.html

2.科學月刊： http://scimonth.blogspot.tw/2014/01/blog-post_4662.html