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黑貓變白貓

老師手中拿著一張卡片,卡片上畫了一隻可愛的黑貓。將卡片垂直放入水中,從水面向下看,咦!黑貓竟然變成了白貓。將卡片從水中取出,白貓又變回了黑貓。為什麼黑貓在水中會變成白貓呢?
 
 
老師手中拿著一張卡片,卡片上畫了一隻可愛的黑貓。將卡片垂直放入水中,從水面向下看,咦!黑貓竟然變成了白貓。將卡片從水中取出,白貓又變回了黑貓。

為什麼黑貓在水中會變成白貓呢?現在揭開謎底:老師在卡片上畫了一隻黑貓,在透明塑膠袋上畫了一隻未著色的貓的框架。將畫有黑貓的卡片放入透明塑膠袋中,塑膠袋上的貓的框架與卡片上的黑貓重合,因此我們只看見黑貓。將塑膠袋放入水中,從水面向下看,只能看見塑膠袋上貓的框架,卻看不見卡片上的黑貓,因此彷彿是黑貓變成了白貓。為什麼塑膠袋在水中時我們看不見卡片上的黑貓呢?這與光的全反射有關。

我們先談談光的折射與反射。當光行進至兩個不同介質的邊界時,一部分光反射回到第一個介質,另一部份光折射進入第二個介質。當入射角大於臨界角時,全部的光都反射回到第一個介質,無法進入第二個介質,此種現象稱為全反射,由刻卜勒於 1604 年時首次觀察到。

現在我們可以解釋黑貓為什麼變成白貓了。將塑膠袋放入水中,從卡片反射的光由袋中空氣進入水中時產生折射。水的折射率比空氣折射率大,因此當光由塑膠袋中的空氣進入水中時折射角小於入射角。折射後的光抵達水面時入射角會大於臨界角(48.5 度)而產生全反射,無法穿透水面。所以從水面向下看,只看到塑膠袋上未著色的貓的框架,看不到卡片上的黑貓,彷彿黑貓變成了白貓。

資料提供

海洋大學光電科學研究所 周祥順 教授
E-mail:hschou@mail.ntou.edu.tw
 
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