萬花筒是一種光學玩具,將有鮮豔顏色的實物放於圓筒的一端,圓筒中間放置三稜鏡,另一端用開孔的玻璃密封,由孔中看去即可觀測到對稱的美麗圖像。
萬花筒的原理在於光的反射,利用鏡把光反射來形成圖像,1817年由蘇格蘭科學家和發明家大衞·布儒斯特爵士發明。下面就要用超詳細的圖解步驟跟大家介紹一款萬花筒的製作過程。
所需材料:
由左至右,由上而下分別是:
1000P白玉卡
包裝紙
電池座、小燈泡
載玻片3片(別懷疑,就是生物實驗用的那種)
“透光”串珠(酌量)
電工膠帶(黑色)
試管、橡膠塞
霧面膠片
透明膠片
製作流程:
1、用電工膠帶,將在玻片兩兩黏貼在一起(載玻片間距為0.2cm)。
2、將三片載玻片組成一個正三角形,頂角的部分也用電工膠帶固定。
3、將載玻片組成的三面體,以電工膠帶完全覆蓋其表面。
提醒:如果不以電工膠帶完全覆蓋的話,會出現下面左圖的情形,透光,反而看不清楚反射的像。雖然用電工膠帶覆蓋後(如下右圖),黑色的膠帶把許多光給吸收掉了,導致無法擁有跟真正鏡子(玻璃一面鍍銀)一樣好的反射效果,但若使用其他顏色的膠帶容易透光,反而會干擾成像。
4、裁切1000P白玉卡,將裁切後的白玉卡沿圖中藍色虛線處稍微以美工刀劃開,以便於之後彎折。
5、 再將白玉卡加工出兩個圓洞,規格如圖所示,建議使用圓規刀切割。
6、將白玉卡沿着之前劃過的線往背面折,並將蓋玻片三面鏡放置於圖中所示之處,對齊底端,左右置中。
7、 將串珠放入試管中,大約裝半管高,再將試管裝滿水,另一方面將橡皮塞貫穿出個洞。
ps:貫通的目的在於讓多餘的水排出,不然橡皮塞無法塞入,之後再用保麗龍膠將洞封起來即可。
8、將封好的試管穿入白玉卡上的兩個圓孔,做一個暫時固定的效果,用膠帶將白玉卡固定成長方盒狀。
建議:再用保麗龍膠稍微固定下四邊。
9、將白玉卡長方盒四面上包裝紙
10、從包裝紙上裁個3.7×3.7的小正方形來做觀景窗,上面洞的造型可任挑,只是記得挖洞後要上層透明膠片,並將觀景窗黏在遠離試管的那一側。
11、如果要做自然光版的萬花筒,只要最後將靠近試管的那一側開口以霧面膠片封住即可,將霧面膠片端朝向陽光、轉動試管(不是轉動方筒),觀察到的景象將如下圖左。
12、若是要做燈泡版,請在試管外罩上幾層霧面膠片(大概3層左右,以免燈泡的光過強,造成眼睛的不適)之後,再安裝上燈泡,你將可以看到如陽光灑落玻璃天頂的景象。
個人很建議使用鎢絲小燈泡,因為它給我一種温暖感,無論是手心或內心。
原理:
萬花筒是藉由筒內面鏡“不同角度”的組合,造成不同的“多次成像”,所以我們才能看到千變萬化的景象。從夾角90度的兩面鏡子來看(如下圖),物體分別與鏡子,形成像A、像B,再次反射形成像C。物與像A、像B等距,若以O為圓心,物距為半徑做一圓,物體與其像都會剛好在圓上。
此圖由潘冠錡老師提供。
而這次的萬花筒正是利用了正三角形的三面鏡(如本次製作,夾角60度)。
此圖由潘冠錡老師提供。
每個夾角上面的圖案、串珠,經多次反射,形成五個像,加上物體就形成六邊形了。我之前也曾製作過頂角30度的等腰三角面鏡,經多次反射,形成十二邊形(30° 75° 75°等腰三角面鏡,效果如圖右)。
小插曲:
在剛開始製作萬花筒時,苦於找不到合適的鏡子或替代物。但又要趕着做出來送人,在極度焦慮的情況下,
偶然看到自己平板黑屏時有類似鏡子的效果,捷運車窗也有類似現象。所以就試着用手上的載玻片與電工膠帶實驗看看,結果意外的合用,也順利的做出一份別緻的禮物。