许多人给手机贴膜以保护屏幕
但你是否想过
薄如蝉翼的手机膜
能将暗淡的冰箱门
变成绚丽的彩电吗?
今天就让我们一起来揭开
这个有趣的光学现象!
实验器材
方案一:手机(已贴膜)、冰箱、所标杯
方案二:手机(未贴膜)、冰箱、透明胶带、剪刀、所标杯
实验步骤
方案一
准备一个已贴膜的手机。
在相册中打开一个白色背景图片,并且调亮屏幕。
第三步:
将手机靠近冰箱门,发现手机屏幕在其表面反射出了环状彩色条纹。
方案二
准备一个未贴膜的手机,用剪刀剪下几张透明胶带备用。
打开白色背景图片,并且将准备好的几张透明胶带堆叠着贴在手机屏幕上。
第三步:
将手机靠近冰箱门,发现屏幕上有透明胶的区域在门上反射出了彩色区块,并且该颜色与透明胶的层数有关,随反射角度变化。
原理解说
为什么手机发出的均匀白光,穿过钢化膜或者透明胶带,再被冰箱表面反射,就变成了彩色的条纹呢?
这与手机屏幕光的偏振性、钢化膜/透明胶的双折射性,冰箱表面反射的偏振选择性有关。
众所周知,光是一种电磁波,它在传播时,电磁场垂直于传播方向振荡。这种振荡可以分解为两个独立的偏振方向。
手机通常使用OLED屏或者LCD屏,它们发出的光要么是圆偏振光,要么是线偏振光,也即不同偏振方向的光具有固定的相位差。
而钢化膜中的BOPET防爆层或者透明胶的BOPP背材都是双轴拉伸高分子材料,导致其对不同偏振方向的光具有不同的折射率。据此可以划分出“快轴”和“慢轴”。振荡方向沿着快轴方向的偏振光传播得较快,振荡方向沿着慢轴的偏振光传播得较慢。于是,光经过钢化膜或者透明胶后,两个方向的偏振光发生了“错位”,也即相位差。
这种“错位”的程度既与光穿过膜的角度有关,也与光的波长,也即颜色有关,还与膜的厚度有关。不过由于不同方向的偏振光是独立传播的,如果你直接看贴了膜的手机屏幕,不会看到这种“错位”的影响。
而冰箱漆面是一种介质表面,与玻璃板、亚克力板类似,这种表面对不同方向偏振光的反射率不同,具有一定的偏振选择性。也就是说,冰箱表面更喜欢反射一个方向的偏振光,对两个独立偏振方向的光进行降维打击,把它们拍扁(投影)到一个方向。
这就导致两束错位的光被混合到平行的方向了!它们会发生干涉!两束光可能会由于错位而刚好同向振荡,那么光就会被增强;也可能会由于错位而反向振荡,那么光被削弱甚至抵消。
之前提到,这种错位程度与我们看它的角度有关,也与光的颜色(白光包含了各种颜色)有关,其实还与膜的厚度有关。因此,你会在不同角度看到不同颜色的光被增强,或者在贴了不同层数的透明胶的位置看到不同的颜色。
总结一下,首先,手机屏幕光本身的偏振性提供了发生干涉的基础与可能性;其次,钢化膜/透明胶的双折射性对相位差进行了角度和颜色的调制;最后,冰箱表面介质反射的偏振选择性把具有相位差的独立偏振光混合到一起发生了干涉——
来源:小红书用户@江州三月
这样一来,你就会看到冰箱变成一个彩色的电器(彩电)了!
最后,对于有兴趣投稿的同学们,除了按照上面的实验步骤复刻以外,我们还鼓励基于相同原理,进行实验器材的创新。
比如,偏振光源不仅可以用手机屏幕,还可以尝试液晶电视、蔚蓝的天空等;双折射材料不止可以用钢化膜和透明胶,还可以尝试塑料尺、塑料叉等;反射面除了用冰箱表面,还可以尝试玻璃窗、关闭的显示屏、汽车表面、水面等。
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编辑:余荫铠 & 王骁天