繁體
简体


物理人生

光的風情萬種成全美事

—光的反射,折射和干涉

吳慕鄉 劉麗紅

 

  沒課的時候,我經常會騎着腳踏車穿梭在大同大學周邊的大街小巷裏,吃飯買東西或跑跑銀行,或到郵局辦事。這麼多年了,四周環境有甚麼閉着眼睛都知道,但就在幾年前,發生了一件事讓我不再隨意騎車任意穿梭了。
  那天趁着下課空檔去郵局辦事,沒想到人很多,等到走出郵局大門看看錶已經有些晚了,心想着該快點趕回去,因着心急腳下也就不自覺地愈踩愈快,沒想到就在轉彎處忽然迎面而來一輛轎車,一聲“唧—”刺耳的剎車聲劃破了寧靜的小巷,很多人都探頭察看議論紛紛,雙方都緊急剎住了車,還好沒有正面撞上,沒有發生嚴重的意外算是不幸中之大幸,但由於當時情況太緊急,騎着腳踏車的我居然只大力地按住前剎車,結果衝力太大整個腳踏車居然翻轉了一百八十度,我的手掌還因此受傷花了好長一段時間才恢復過來。
  相信我們都曾有過在巷弄裏騎車或開車的經驗,本來就應該小心行經,若因一時大意造成不測實在是得不償失,但如果能防患於未然,除了自身遵守交通規則外,政府相關單位若能在路口轉彎處立一個大大圓圓的凸面鏡,相信也能及時提醒路人小心來車。
  這面凸面鏡的作用就是運用物理中光的反射原理。

到處都有光

  光在哪裏?
  天亮了,因着太陽光,我見到你,你看到他,我們可以看到上帝所創造的萬物;天黑了,月光藉着太陽光的反射仍然可以使你我看見;加上路燈,街上霓虹燈,家裏一盞又一盞的照明燈,即使在黑夜一樣如在白晝,我們仍然可以看得一清二楚!古時,窮人沒錢點油燈,有人鑿壁借光,也有人抓許多螢火蟲,一樣可以發出微弱的光;另如火把,蠟燭,手電筒都是光。
  光會反射(reflection),折射(refraction)和干涉(interference),與我們的日常生活息息相關。

光的應用一:面鏡

  譬如,許多女士們皮包中都會有一個小小的化妝鏡,可以照照臉補補妝甚麼的,又如很多人會在家門口的玄關處放個落地大鏡子,出門之前可再打理一下自己的儀容,這是“平面鏡”,利用光的反射原理,也就是入射角等於反射角所造成的結果。而平面鏡在我們的生活中用得可說是相當頻繁,除了可以反照出我們的外表外,深思其意更能帶出深刻的警惕:以人為鏡;你我都互為一面鏡子需時常反省,咀嚼錯誤失敗之處,彷彿拿着無形的橡皮擦,隨時發現錯誤立即擦掉,古云:“三人行必有我師焉”,就是這個道理。曾在一個喜宴場所,見到一對小兄弟突然打了起來,原來弟弟因貪玩不小心打破了餐廳的碗盤,讀小六的哥哥見狀動口大罵又動手打人,讀五年級的弟弟反擊,於是二人打了起來,旁人見狀立即勸架拉開;不料,此時其父從外進來,不由分說地便上前給了哥哥一個耳光,口裏也連珠砲地粗話大聲罵。原本不解哥哥為甚麼會對弟弟如此不友愛,但一看到爸爸的舉止行為,大家就都明白了;其實,這也是一種行為反射,大人往往就是孩子的一面鏡。

  前述路口轉彎處立上一面大大圓圓的“凸面鏡”,也是利用光的反射原理呈像,雖然它所呈的像都是虛像,而且都是變小且變形,但因為它是凸面,可以接受更多角度入射的光,在巷道,山路或地下停車場交會的轉彎,我們只需知道是否有人或車從轉彎的另一端迎面而來,我們並不在乎鏡中的像是否變形;又如大型公車前端的照後鏡通常都會加裝一個小小圓圓的凸面鏡,是為了讓公車司機更能看得清楚後門是否有人尚未上車,以避免因視覺死角,司機不明就裏突然關門而造成不必要的危險和遺憾。

  而“凹面鏡”也是利用光的反射原理造成之實像或虛像,如手電筒的聚光,汽機車的前燈都是利用將燈絲光源放置於凹面鏡的焦點處,如此產生的光經過凹面鏡的反射而形成平行光會把光照得更遠,形成遠光燈;若改變燈絲發光的位置,稍微離開凹面鏡的焦點,所形成的光就無法投射得太遠而形成近光燈。通常在開車行路時若對方有來車,為了不讓光線直射對方駕駛眼睛造成危險,一般都會改為近光燈,這也是駕駛的規則和基本禮貌。

光的應用二:透鏡

  一般日常生活常見的“凸透鏡”和“凹透鏡”,則是利用光的折射原理。光之所以會折射,是因為光在不同的介質中行進的速度不一樣所造成的。凸透鏡會匯聚光線,而凹透鏡則會發散光線。


凹透鏡會發散光線

  在號稱“近視王國”的台灣,許多人都有近視,近視的原因是由於眼球增長,使遠處的影像經過眼球聚焦後,呈像在視網膜前面,在視網膜上所呈現的影像因而模糊看不清楚。近視傳統的矯正方式是配戴凹透鏡(普通眼鏡或隱形眼鏡)來降低眼球的聚焦能力,其原理就是先將光發散,再經過眼鏡聚焦而呈像在視網膜上;而遠視眼則正好相反,因物體所成呈像在視網膜的後面,所以需要戴凸透鏡,先將光線聚焦,再經過眼鏡聚焦在視網膜上。

  總言之,如果沒有光的折射原理(或現象),人類的眼睛就沒得救了,許許多多的人看電視或物體都是朦朦朧朧的,對生活和工作均將造成相當大的影響,不僅熟識的朋友相見可能視而不見,生活也無品質可言了。
  真要感謝光在不同的介質上有不同的速度及帶來的不同影響和幫助。

  “紅,橙,黃,綠,藍,靛,紫”的美麗彩虹,這是連幼稚園的學生都知道的自然現象,其原理則係空氣中的雨滴,經過光的折射和反射原理形成的七彩。

光的應用三:干涉

  相信即使不用配眼鏡的人多少也聽過眼鏡廣告中的“多層膜”,但真正知道它比一般普通鏡片需多花錢配置的道理在哪裏的人卻是不多,通常一般普通眼鏡只是一片凹透鏡或凸透鏡,而多層膜卻是利用光經過不同層薄膜的表面部分的光反射相加起來的結果,它叫做干涉,而每多鍍一層薄膜,成本就隨之增加。

  至於光的干涉作用,如果它是建設性的干涉(constructive interference,相長性干涉),反射光就會很強(相對的透射光就會很弱);如果它是破壞性的干涉(destructive interference,相消性干涉),反射光就會很弱。所以為了一些特強的效果,生活中的物體有些會加入多層膜來加強,如照相機的鏡頭會使用多層膜的透鏡;另外,小朋友所吹的泡泡,肉眼所見五顏六色的泡膜,也是利用泡膜厚度的不同,因光的干涉現象,不同的光因不同的厚度造成反射光建設性的干涉所造成彩色的結果。


光的干涉原理

  光的干涉原理若是投射在人類的生活中,將不難發現其中端倪,因為人是不可能離群索居的,我們的生活常常彼此互相影響,若影響是好的(建設性的干涉)將會彼此加油加分;但若影響是不好的(破壞性的干涉),其負面的影響猶如在湖面上用力丟下一顆石頭,其所激起的漣漪將會影響深遠令人無法想像。如過去新聞中曾報道有一個小六的男學生,因受到網路色情的影響,不僅常常上色情網站瀏覽,還撥打長途色情電話到大陸,進而還想約小姐進行網路一夜情,在學校他也偷看偷拉女同學的裙子,出現了不少偏差的行為。為了他的將來,現在這孩子已被安排接受心理輔導了。
  曾聽過一位老師分享輔導學生的一次特殊經驗。他們學校的夜間部有一個留了長長頭髮的男同學,經常我行我素,甚至對教官或師長的指正不予理會,深覺頭痛的教官常威脅要記他大過或以校規處置,他也不怕,後來一位老師把他叫進辦公室,學生以為老師一定又要老生常談訓他一頓,沒想到,一進門老師推了把椅子親切地叫他坐下,還倒了杯茶給他,當他滿腹疑惑時,老師說話了。老師輕拍學生的肩膀,然後慈祥地說:“老師知道你有一個很好的優點,做老師的就是有責任要告訴學生,並要鼓勵他好好發揮。”學生聽到這裏更疑惑了,“老師,從來都沒有人說我有甚麼特殊能力呀!”老師笑笑接着說:“有的,孩子,你有一種優點,就是堅持。一個人做事能從頭做到尾是一件不容易的事,不是每個人都會的,你要繼續保持將來用它來面對人生的挑戰,成就你的事業。但是,像頭髮規定這種事是學校為了管理大部分的學生所規定的,可以不用這麼堅持,我們要學習甚麼是該堅持,甚麼是不該堅持的,看來你的頭髮好像才剛整理過,孩子,不要這麼急的去修剪,過幾天再去好了。”結果第二天,學生就把頭髮剪掉了。
  這個老師在很自然的狀況下突破了學生的心防,和學生用心的對談,讓他感受到老師對他的尊重和了解,這是老師對他建設性的干涉使他改變;反之,這個學校教官用威脅的方式和手段,只會令學生深惡痛嫉,有可能會反抗更強烈,而這就是破壞性的干涉。

  真的,衷心盼望我們能時常以人為鏡,時刻謹守自守,保守我們的心勝過保守一切(光的反射),使接近我們的人都能因我們蒙福(光的折射),同時,對人對己皆能有其正面的影響(建設性的干涉),如此才能成就一切美善的事。

(選自作者著碰撞的火花在跳華爾滋—從物理看人生展翅天使團隊出版)

列印   Facebook 分享

精彩題目

 

關於翼報 | 支持翼報 | 聯絡我們 | 歡迎賜稿 | 版權說明 ©2004-2017
天榮基金會 Tian Rong Charity Ltd