万花筒(Kaleidoscope),一种光学玩具,将有鲜艳颜色的实物放于圆筒的一端,圆筒中间放置三棱镜,另一端用开孔的玻璃密封,由孔中看去即可观测到对称的美丽图像。
万花筒的原理在于光的反射,利用镜把光反射来形成图像。
1817年苏格兰科学家和发明家大卫·布儒斯特爵士发明万花筒。
万花筒是一种光学玩具,只要往筒眼里一看,就会出现一朵美丽的“花”样。将它稍微转一下,又会出现另一种花的图案。不断地转,图案也在不断变化,所以叫“万花筒”。
万花筒的图案是如何来的呢?原来是靠玻璃镜子反射而成的。它是由三面玻璃镜子组成一个三棱镜,再在一头放上一些各色玻璃碎片,这些碎片经过三面玻璃镜子的反射,就会出现对称的图案,看上去就像一朵朵盛开的花。
万花筒的原理在于光的反射,而镜子就是利用光的反射来成像的,这种成像原理我国远古时代的古人就已掌握。古书《庄子》里就有“鉴止于水”的说法,即用静止的水当镜子。据说真正的万花筒玩具是英国物理学家大卫·布尔斯答于1816年发明的,而我国民间也很早就有了这种玩具,而且有创新,生产出了许多新型的万花筒。
万花筒利用平面镜的成像原理制作,通过光的反射而产生影像。
1816年,苏格兰物理学家大卫·布鲁斯特爵士发明了万花筒。布鲁斯特主要从事光学和光谱研究,他在童年时代就十分喜欢光学实验,一生中的大部分时间都用在了他所喜爱的光学上。一次,他在用多面镜子研究光的性质时,看到了几面相对放置的镜子里经过多次反射呈现出来的景象,便放了一些花纸在镜子组成的空腔里,结果,他看到了一些对称的图案,而且每变动一下花纸的位置,图案就会变换一次。
为了能使图案不断地变换,他将三面成角度的镜子放在一个圆筒里,再将花纸放在筒端的两层玻璃间。随着三角镜中镜子的角度变化,影像的数目也随之变化;影像重叠后形成各种图案,不停地转动万花筒就可以看到不断变换的图案。就这样他制作出了只要轻轻转动就能看到不同图案的万花筒。万花筒在一夜之间便获得了意外的成功。这个一动就能产生美妙图案的小东西,算得上是当时的“电视机”了。更有意思的是,一旦某个图案消失了,要转动几个世纪才能出现同样的组合,因此每一瞬都值得欣赏,每一秒都值得珍惜!
万花筒的发明被列入科学重大发明而载入史册,博物馆里也收藏有一些制作精美的万花筒。由于万花筒既是美轮美奂的艺术作品,又是能培养思维和观察能力的益智玩具,所以深受小孩子和成年人的喜爱,并在人们的手中不断地翻新花样。例如,有人在万花筒里放上30—40个像教堂塔尖一样的玻璃小瓶,里面装上油,在油里浸着玻璃粒、细珊瑚片、贝壳和沙粒。这些密封的小玻璃瓶一动,瓶里那些闪闪发光的微粒就会升降。
除了这些东西以外,还放入扎紧的细丝线、马鬃以及各种螺旋形的、弯曲的小东西。这样,使万花筒转动起来,就好像在欣赏一场精彩的芭蕾舞表演。
万花筒美妙的奥秘就蕴藏在它设计精妙的镜体结构和流动图案当中。就像万花筒的英语名称KALEIDOSCOPE一样,集合了希腊语的KALOS(美丽),EIDOS(形状)和SCOPE(观看)等美丽的词汇,将它最主要的特点都概括出来。
“美丽”,当然就是指万花筒里瞬息万变的景色,也是万花筒的“芯”(所观赏到的东西),这是万花筒制作艺术家在制作过程中最下工夫的地方;而且,在创作过程当中,“芯”的选择阶段是最能体会制作万花筒的乐趣的时候。“芯”的素材非常广泛,例如彩色玻璃、宝石、鸟的羽毛、干花等等,凡是能够想到的任何物品,都可以用来作为万花筒的美丽图案。
据万花筒制作专家的介绍,“芯”的部分有很多类型。比如把两片风车状的轮子组合在一起,通过旋转轮子而形成各种各样的图案,或者在前端装上玻璃球,并旋转它来观赏身边任何一种景物,都能获得一种前所未有的新鲜构图。而在前端部分填充进各种颜色的油的组合,并通过油的流动产生不可思议的图案。“形状”,主要是指万花筒的镜体结构,有二镜、三镜、四镜、锥形、旋转等多种结构,让我们看到的景象,不光有圆的甜美、多边形的嬗变,更有烟花般的魅力四射。
表面镜
表面镜(Front Surface Mirror)由玻璃制成,表面附着了铝粉的镜子。使用附着面。由于质感纤细又很容易被划伤,所以使用时要非常小心。和通常家用的镜子不同,利用表面进行反射,所以映象非常清晰。而普通的镜子,由于玻璃的厚度会产生多余的光的折射,所以映象多少会变得朦胧。表面镜多用于光学仪器和单眼反射式照相机等。
塑料镜
塑料镜(Plastic Mirror)和玻璃相比,塑料镜不宜碎而且柔软,所以适合初学者或者儿童使用。材料多为丙烯或聚乙烯,可以得到和表面镜类似的映象。
金属镜
金属镜(Metal Mirror)和塑料镜一样具有不宜碎的特性,但是反射迟钝。材料多为铝板或不锈钢板等。
分色玻璃
分色玻璃(Dichroic Glass)是一种在玻璃的表面真空附着有各种金属氧化物质的特殊玻璃。光线穿过去后会变成七种色彩,极为绚丽。在近期的万花筒制作上经常会使用到,比如作为标的物,或者作为外观的装饰等。因为分色镜的制作非常繁琐,所以价格也很高。目前这种技术也用于照明。
三棱镜
三棱镜(Prism)指具有2个以上平滑而均匀的光学平面的透明体,而且至少有一组的面是不平行的。应用于光的折射,分散和全反射。用于使光线分散,形成光谱时,多使用两面经过研磨的三棱形状,可以作为分光器,分光计和折射计等使用。
光谱