親子活動(七十九)刮痕全像圖

生活科學趣談

準備物品:分規(或是能將鉛筆芯換成剛針、縫紉機針的圓規)、手機的LED燈(或晴天的陽光)、膠帶、廢棄CD(或CD盒、壓克力片、壓克力平面鏡)、紙、筆

製作方法:
1. 將CD放在紙上,然後用膠帶固定住,讓它不會滑動。
2. 在CD下方的紙面畫上簡單的圖案,不要畫太大或太複雜的圖案。
3. 在圖案上以約略相等的間距點上密集的小點。
4. 把鎖緊兩腳間距的分規之一腳放在圖案的其中一個點上,另一腳(不鏽鋼尖端)放在CD上,然後像畫圓一樣,用傾斜施力拖行的方式(註:分規直立下壓時容易卡住),將CD表面刻劃出一條弧形曲線。
5. 接著移動到圖案上的其他小點,繼續維持固定不變的分規間距在CD表面刻劃出另一條凹痕,直到連最後一個點也劃完。
6. 打開手機裡的手電筒照向CD表面的刮痕,可以發現自己畫的圖形出現在CD表面。
7. 然後左右移動頭部來觀察CD表面上的圖形,或是拿起CD左右傾斜來觀察。
註:節錄自《科學實驗王第二部2》

若以室內日光燈來觀察,則圖案幾乎不可見。因為入射於刮痕的光線並非來自特定方向,而是來自四面八方的漫射光,於是每一條刮痕都清晰可見

因此最好是關掉室內燈,然後使用手機的LED燈這種點光源來照射。至於下則照片出現的兩顆愛心,白色的是經由刮痕表面反射而來;左方彩色的愛心則是光線穿透刮痕進入CD內,觸及反射層後再透射出來的影像。由於CD內部有許多等距而平行的鋸齒狀凹槽,這種光柵在白光照射時會出現色散的繞射效應。

若是使用壓克力鏡片也會出現兩顆愛心,一顆是刮痕表面反射,另一顆則是壓克力下方的鏡面反射。

若不想出現兩個圖案的疊影,可以考慮使用背面貼黑紙或塗黑的壓克力來製作,這同時也能增加明暗的對比。下則影片是利用陽光來觀察。

CD盒的效果:

如果沒有分規,可考慮下則影片使用的妙招

科學原理:
凹陷的刮痕能有效將入射光線反射至觀察者眼中。若只有一條刮痕而以點光源照射時,該弧形刮痕中只會出現一個明亮的光點,這是因為點光源在該處的入射角等於眼球視線到該位置的光線反射角。而以另一眼觀察時,明亮的光點則出現在該弧形刮痕中的不同位置。利用光線追溯法,大腦會將兩眼所見的光點解讀成是來自於CD片後方某處的一顆光點(虛像)。同理,其他的弧形刮痕也各自出現一個明亮的光點,從而投映出一個原來的圖案形狀。當傾斜光碟片或是左右擺動頭部時,由於符合反射定律的明亮光點位置會改變,因此會產生一個傾斜扭轉而各光點具有視差和不同深度感的3D立體影像。

高級技法

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