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趣實驗:透明的“內涵”手工電子DIY教程

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趣實驗:透明的“內涵”

所需時間: 5分鐘 製作難度: ★☆☆☆☆ GEEK指數: ★★★★☆

上次的 刀尖上的平衡舞 用的是鋼叉和鋼勺,這回換成透明塑料的了...看來DIY主題站的小實驗就和餐具分不開了...

 

1   實驗用具● 液晶顯示器(比如筆記本電腦的屏幕)

● 偏振太陽鏡,或看3D電影的眼鏡(見小貼士)

● 透明塑料刀叉(實驗成功之後,我相信你一定會和我一樣迫不及待的找更多的類似物品來玩一下,那麼這裏多提供一些類似的物品以供參考:透明膠帶卷盒、塑料盒、樹脂鏡片的眼鏡、量角器等等……)

 

2   實驗步驟● 用液晶顯示器顯示一頁純白頁面(比如瀏覽器打開一個空白頁),以此作為照明光源,屏幕朝上放平。

●將待測物品放置在液晶顯示器上

● 如果不明顯,可以旋轉偏振鏡片的角度,直到看到明顯的現象為止。

 

放在液晶屏上的量角器

 

透過偏振太陽鏡看到的效果

● 你看到了什麼?沒錯,原本看上去平淡無奇的透明塑料,忽然就出現了斑斕的彩色條紋!

 

3   科學原理

那麼這些條紋哪裏來的呢?這種現象其實叫做光彈性效應,這種方法可以快速準確的表現物體的應力分佈,這種光彈性實驗很廣泛的應用在工程領域。(詳細介紹請見 科學松鼠會的羣博文 ) 。

簡單的説,就是由於塑料各處對偏振光的不同響應造成的。我們都知道,光是一種電磁波,在垂直於光線傳播的方向上,既有電場震盪,又有磁場震盪。當光的電場在垂直於光線的各個方向震盪相同(如太陽光、日光燈)時是非偏振光,當光的電場沿着特定的方向(偏振方向)震盪時便是偏振光。我們的電腦液晶屏幕因為前後都加有偏振片,所以液晶顯示器的光都是偏振光。

● 液晶顯示器的偏振特性

在液晶顯示器裏面有一個燈管,燈管發的光經過屏幕後邊的偏振片變成某個方向的偏振光進入到液晶裏面。液晶其實是長條形的有機小分子,它們能在外加的電場作用下發生偏轉,經過這些偏轉液晶的光線,其偏振性質會發生變化,不同的偏轉變化也不同。這樣光線在通過屏幕前面的偏振片的時候就會顯示出不同的顏色和亮度。

● 著名物理學家費曼在《別鬧了,費曼先生》裏提到過,湖水錶面的反射光是我們日常生活中很常見的一種偏振光來源——因為平行於水面的電場震動反射較多。但是現在時代變了,對於很多(宅)人來説,日常生活中最常見的偏振光應該是液晶屏幕的光了。

 

這些透明塑料的物體內部各處應力分佈不均,因此不同位置對偏振光的偏轉變化(大小和相位)不同。因此當再加一個偏振片(偏振眼鏡)時,我們就可以濾掉未加改動的光線,清楚地看到不同方向偏振的光相互干涉的情形,也就是看到那些美麗的干涉條紋。應力分佈最不均勻的邊角裂痕等地方,比如上面的圖中塑料刀叉的“拐彎處”,條紋則會更加清晰!

 

4   實驗小貼士 

4.1   怎麼知道你的眼鏡是不是偏振鏡片?● 很多太陽眼鏡都是偏振的(尤其是專門給司機用的太陽鏡),這樣可以過濾掉許多太陽光或者對面車的燈光,這裏我們用它來選擇偏振光的方向。但怎麼確認你的太陽鏡是偏振的呢?一個方法是,將你的太陽鏡置於日常使用的液晶屏幕(可以是電腦顯示器,也可以是手機、PDA、PSP等的屏幕)上方,旋轉太陽鏡(保持太陽鏡始終在屏幕上方並平行於屏幕),如果能透過太陽鏡看到光線的明暗變化,甚至在某些角度可以看到液晶屏整個暗了下去,那麼恭喜你,你的太陽鏡是偏振鏡片!

 

4.2   如果沒有偏振鏡怎麼辦?● 如果實在找不到偏振太陽鏡,或3D電影的眼鏡,其實這個實驗也還是可以進行的。找一些邊角非常明顯的透明塑料物品,將它放在液晶屏上,用肉眼觀察,你可以看到淡淡的彩色條紋!

● 這其實是因為這些條紋是由於材料本身產生,偏振鏡只是過濾掉干擾的因素,讓你更清楚的看到圖案,卻不能改變實驗結果。但是當然,如果有太陽鏡的話,你會看到比肉眼時震撼地多的效果!

 

4.3   測什麼最合適?● 透明塑料製品。透明是為了通光。玻璃雖然也是透明的,但由於玻璃很堅固內部比較均勻,因此也不適合做這種光彈性實驗。最好的測量物體是透明的塑料製品,有形狀上大幅度變化的(不要是一張平板),這種地方往往會產生更復雜的條紋,如果物體本身太過平坦沒有變化的話,你可以人為彎折一下,就可以看到從平淡到神奇的變化了。