科學遊戲-- 塑膠彩虹

文與圖/許良榮 |2013.08.28
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原理圖/許良榮
塑膠尺圖/許良榮
塑膠尺圖/許良榮
塑膠叉子圖/許良榮
塑膠叉子圖/許良榮
塑膠湯匙圖/許良榮
塑膠湯匙圖/許良榮
塑膠空瓶圖/許良榮

我們的日常生活中有很多塑膠用品,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,你相信嗎?

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

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

本遊戲的原理是利用偏光片原理以及塑膠雙折射的特性。首先,偏光片能讓光源的光產生偏極化,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。

塑膠製品大多具有雙折射性質,使得通過第一個偏光片的偏極光在通過塑膠時,會分解為二道快慢差異的光線;而經過雙折射的偏極光,在通過第二個偏光片時,由於偏振光的過濾作用,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,在材料科學上常應用於「應力」分析,用以檢視材料是否有潛在的應力破壞、疲勞性破壞等等殘留應力,例如彩虹條紋密度愈高,就代表該區的殘留應力愈高。

老師叮嚀

一、偏光片很貴,而3D電影使用的立體眼鏡售價也不便宜,建議小朋友在科學博物館(例如自然科學博物館、科學教育館等)觀看立體劇場之後,立體眼鏡不要丟棄,甚至可向博物館索取回收的立體眼鏡回家使用。

二、小朋友還可以觀察透明膠帶或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?

三、將光源以紅色或綠色等玻璃紙包住,使之產生單色光,再進行觀察,比較與白色光源的結果有什麼差異?


塑膠空瓶








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