科普小课堂第三讲丨光学(展项篇)

科学梦集团

2022-07-26

光学(optics)是一门有悠久历史的学科,它的发展史可追溯到2000多年前。公元前400多年,中国的《墨经》中记录了世界上最早的光学知识,《墨经》中叙述了影的定义和生成,光的直线传播以及针孔成像等现象,并且以严谨的文字记录了平面镜、凹球面镜和凸球面镜中物和像的关系。

(小孔成像示意图▲)

光学是研究光的行为和性质的物理学科。光是一种电磁波,同时还具有波粒二象性,光的粒子性需要用量子力学来描述。

(反射与折射示意图▲)

视觉暂留现象又称“余晖效应”,1824年由英国伦敦大学教授彼得? 马克?罗杰特在他的研究报告《移动物体的视觉暂留现象》中最先提出。

人眼在观察景物时,光信号传入大脑神经,而在光的作用结束后,视觉形象并不会立即消失,这种残留的视觉称“后像”,视觉的这一现象则被称为“视觉暂留”。

会说话的影子

人的眼睛在观看某种可以移动的物体时,由于看的时间比较长,物体的形状、大小以及颜色会给大脑留下很深的印象,经常会产生“走神”的现象。这时如果把眼睛所看到的物体悄悄地移开,人的眼睛会在很短的时间内(0.1s左右)仍然觉得所看到的物体存在于视线里。

(科学梦展项-会说话的影子)

该展项主要由展台、射灯、电机等部分组成。按下启动按钮后,电机开始带动人物剪影装置转动,在射灯的照射下,由于视觉暂留作用,墙面上的影子嘴巴一张一合仿佛在说话一样。

水帘

该展项主要由频闪灯、水帘发射器、循环水系统构成。水珠从上方发射器坠落到下方的水槽,进入循环系统再次滴出,同时灯光以一定频率闪动,发射器间距为十厘米,可以组织排列成线、方、圆等形状。

     (科学梦展项-水帘)

通过灯光的特殊闪频,人眼中的水珠会呈现倒流、悬浮、变速等奇特景象,在奇妙体验中,使参观者深刻感受到人眼的视觉特性。

奇妙的光栅画

这件展项叫做“奇妙光栅画”,看上去平平无奇,但当你亲自体验过才能发现它的神奇之处,它向我们揭示的是人眼神奇的“自动补全”和“视觉暂留”效应。

(科学梦展项-奇妙的光栅画)

随着光栅的移动,几幅看似不规则的图片,会呈现出一个循环的活动影像,当光栅的移动时,透过光栅看到的内容也在改变,人的大脑便补全了每一张图像,再与视觉暂留现象产生共同作用,这一帧帧图像就形成了动画。

光纤传输

光导纤维是利用光的全反射原理传播信号的,具有低失真、低衰减、可弯曲等优点,而激光具有单色性好、相干性好、方向性好、亮度高等特点。展项通过机电互动的形式向观众展示光纤传输现象。

(科学梦展项-光纤传输)

透过透明的亚克力可以看到台体内部由下到上穿过的一束束光纤,当体验者用手遮挡住中间位置时,下方会出现手的影子,由于光纤传输现象的存在,所以还可以看到台体上方也会出现手的影子。

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