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     水光路徑裝置

 

水流彎彎,光也彎彎!?你相信嗎?

 

實驗演示



演示影片一 (實驗簡介影片)


演示影片二 (實驗演示影片)


帥哥輝的物理時間


圖 1

第一位用實驗演示”光可以在彎曲的水柱內被引導通過”是十八世紀末的英國科學家John Tyndall。他用一個四周塗黑的大水槽,水槽側面靠近底部的地方挖了一個小孔。細細的水柱從小孔呈拋物線狀地噴射出來(如圖1)。水槽的另一邊緊貼著一平行光束,從小孔跟著水流射出來。場內燈光全部熄滅,奇怪的事情發生了!光線居然不是直線射出,而是跟著水柱彎彎地流出去… 

這個看似神奇的物理現象,其實只是利用”光的全反射”性質!  

在此情況中,兩介質界面的內部是分子分布較密集的水,而外部為分子分布較稀疏的空氣,即內部介質折射率比外部的大,因此可能在界面處發生全反射。又此噴射水柱的拋物曲線和入射光夾角小於光可以折射出的關鍵角,所以光會持續在水柱中以全反射進行傳導。至於你為何能看到水柱中的雷射光,則是因為水中的微小奶粉顆粒阻礙了光的傳遞,這些微粒從水中反射出少量的光線到你的眼睛,若是在清澈的水中,當光線通過水柱時你大概只能看到斷斷續續的雷射光…  

把細水柱改成特殊材質製成的壓克力棒,也有同樣神奇的效果喔 

把細水柱改成跟頭髮一樣細的玻璃絲,又會如何呢?這就成了大家所認識的「光纖」啦! 

 

 

問題思考



1.潛在水底的蛙人從水底往上看,雖然可以看見水面上的景物,可是卻只能看到局限在頂角九十八度的圓錐體範圍內的景物。你知道為什麼嗎?這情景可用「井底之蛙」來比擬…

2. 光纖的中心是一條纖細、純淨的玻璃絲,外面再包覆著一層尼龍絲製成的。那何者折射率較大呢? 

3. 你知道北極熊為何又叫做”光纖熊”嗎?這就是它之所以能抵禦極地寒冷的原因喔… 

 

相關連結


光線通過介面時的行為—反射與折射

魚眼睛所看到的『水上世界』