【科學哪裡來】 反射研究先驅與折射之謎

文/胡妙芬  |2021.03.24
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墨子 約470BC~391BC,戰國時代思想家 圖/陳彥伶
鏡子反射光線再照到人,被人遮住、光線照不到的部分(影子)就會落在太陽跟人之間。圖/陳彥伶
同學們可以把前進的光波,想像成一個班級排成以下的隊伍往前走。每一橫排都代表一道波。如果規定,從A區走進B區的人速度就要減慢,那麼前排的左邊會先進入B區,比其他人先放慢速度,以致於接下來整個隊伍的行進方向會向左邊偏轉。這就相當於波從速度快的介質進入速度慢的介質時,角度會偏向垂直介面的線(即「法線」)。 相反的,如果規定從A區走進B區的人速度要加快,那麼前排左邊會先進入B區,並加快速度,使得隊伍的行進方向會向右邊偏轉。這就是從速度慢的介質進入速度快的介質時,角度會遠離法線的現象。圖/陳彥伶
光的反射與折射,在人類歷史上老早就被觀察到了。每天每天,人從鏡面中看見自己、在靜止水面發現倒影、從岸上笑水中的人腿變短……種種奇妙的視覺異象,都不斷激發人們對光線一探究竟的好奇心。所以在西元前5世紀左右,探討反射現象相關的記載,就已經在人類歷史上出現。圖/陳彥伶
光的反射與折射,在人類歷史上老早就被觀察到了。每天每天,人從鏡面中看見自己、在靜止水面發現倒影、從岸上笑水中的人腿變短……種種奇妙的視覺異象,都不斷激發人們對光線一探究竟的好奇心。所以在西元前5世紀左右,探討反射現象相關的記載,就已經在人類歷史上出現。圖/陳彥伶
《科學史上最有梗的20堂物理課》親子天下出版 圖/陳彥伶

文/胡妙芬

光的反射與折射,在人類歷史上老早就被觀察到了。每天每天,人從鏡面中看見自己、在靜止水面發現倒影、從岸上笑水中的人腿變短……種種奇妙的視覺異象,都不斷激發人們對光線一探究竟的好奇心。所以在西元前5世紀左右,探討反射現象相關的記載,就已經在人類歷史上出現。

那是來自古老的中國,春秋戰國時代。思想家墨子的門徒們在《墨經》中寫到,偉大的墨老師(或「翟」老師,墨子的真實姓名可能為「墨翟」或「翟烏」)曾經教導:

呵呵,兩千多年前的古文需要一點「翻譯」對嗎?簡單講,「景」就是影子的意思;「景迎日,說在轉。」是代表「影子落在人與太陽之間,因為光線轉了方向」,但是光線為什麼轉方向呢?下一句做了解釋:「景,日之光反燭人,即景在日與人之間。」因為光照到人身後的鏡子再反彈到人身上,所以影子朝向太陽,介於人和太陽之間。

瞧,這說的不就是「反射」現象嗎?

可惜的是,當時的中國沒有「幾何學」,墨子並沒有明確提出入射角或反射角的研究或說法。換句話說,墨子「觀察」到了反射現象,但是沒有用嚴謹、定量的方式描述它,只是「發現了反射現象」,並不算是「提出反射定律」。  (待續)

福報小學堂

同學問

折射定律的公式好難喔!可不可以不要背公式,直接理解折射的現象呢?

老師答:

同學們可以把前進的光波,想像成一個班級排成以下的隊伍往前走。每一橫排都代表一道波。如果規定,從A區走進B區的人速度就要減慢,那麼前排的左邊會先進入B區,比其他人先放慢速度,以致於接下來整個隊伍的行進方向會向左邊偏轉。這就相當於波從速度快的介質進入速度慢的介質時,角度會偏向垂直介面的線(即「法線」)。

相反的,如果規定從A區走進B區的人速度要加快,那麼前排左邊會先進入B區,並加快速度,使得隊伍的行進方向會向右邊偏轉。這就是從速度慢的介質進入速度快的介質時,角度會遠離法線的現象。

本文摘自《科學史上最有梗的20堂物理課》親子天下出版

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