輕鬆學物理的第一本書─31個有趣的物理實驗

視覺暫留--畫在紙上的馬會動

    熄滅房間裏所有的燈，眼睛睜大，噓……不要出聲，手指輕輕撥弄，在慘白的光線底下，快看，畫在紙上的黑馬，竟瘋狂的跑了起來。哎喲，這莫非是鬼魅附身！其實，這既不是妖術，也不是聊齋誌異裏的故事，大膽的不信邪的讀者可以自己動手製作出來。

    在說明這項科學玩具的原理之前，先猜一個謎語。「千根線，萬根線，落到水裏都不見」。猜猜看是什麼？雨。相信很多人都猜對了。不過，不知讀者們有沒有想過，雨為什麼看起來是一絲一絲的呢？雨滴雖然不是正圓的，但從空中落下來的時候，用儀器觀察，的確也沒有被拉成一條一條的，那到底是怎麼回事呢？原來，這都是視覺暫留變的把戲。

    人眼在看東西的時候，會把看到的東西在視覺上保留一段很短的時間（大約十六分之一秒）。也就是說，當人眼看到一個亮點時，如果這個亮點忽然消失，在這個亮點已經消失後的一段極短時間內，人眼會覺得那個亮點還在。不相信的話，馬上可以實驗一下，拿一隻點著的香，在黑暗的房間裏搖動，香點燃之後靜止時看起來是火紅的一點，晃動起來這火紅的一點就變成它運動軌跡的曲線了；或者拿一隻雷射光筆照在牆上，快速晃動時，牆上看到的不是一個點，而是曲線。這些都是視覺暫留產生的效果。因為曾經亮過的地方視覺上不會馬上消失，所以曾經發亮的地方加上現正發亮的地方，看起來就成了軌跡曲線了。

     同樣的道理，劃過蒼穹的流星看起來就像一道白光，而不是熠熠閃亮的一顆星；電扇或是飛機的旋槳，靜止的時候，還能看清楚它們的模樣，轉起來就變成模糊圓盤的樣子；把手掌伸到眼前，左右晃動一下，一隻手看起來就不止五根手指頭了。

簡化的實驗：

      這個實驗要讓馬跑起來，靠的不是法術，靠的正是視覺暫留的原理，與放映電影的原理完全一樣。用到的動畫可在相關網站上找到，也可以自製簡單的動畫，例如：單擺擺動、車輪轉動、皮球在地面上跳動等。製作的難度不大，很容易成功。費時約三、四小時。

材料：
(1)圓形珍珠板兩片，厚約3 mm，一片較大，直徑約30 cm；另一片較小，直徑約20 cm。
(2)十格動畫。這可在網站上找一找，如果找不到，讀者也可以自己畫，每格動畫都要有一些變化，最後看起來才會動。例如：如果最後製作的效果是要讓馬跑動，每一格動畫就是馬奔跑時的各個分解動作。作者的動畫是在美國博物館Exploratorium出版的手冊上找到的。
(3)一根鋁棒，直徑約5 mm，長度約 40 cm（美術社賣的直木桿，挑一根很直的，也可代用，但尺寸不妨略小）。
(4)兩個軸承，可塞入作為轉軸的鋁棒（或木桿）。
(5)白光發光二極體、電池盒、電池、鱷魚夾、鋁箔等。
(6)白楊木條若干。
 
製作過程：
首先把較大的圓盤邊緣十等分（當然如果動畫只有七格，則七等分，依此類推）。再把繪有馬奔跑時各分解動作的十張動畫，黏在大圓盤上。大圓盤中心穿在鋁棒上，大圓盤要垂直鋁棒，就像車輪垂直車軸一樣。
    小圓盤上要等分割出十個狹縫，小圓盤中心穿在鋁棒上，也要垂直鋁棒。小圓盤上其實不須要任何圖案，但要與下方大圖盤的動畫配合，小圓盤上的狹縫間隔角度要等於每格動畫的間隔角度。
    鋁棒兩端置於軸承中，軸承嵌在在白楊木製的支架上。
    支架上裝九個白光發光二極體，九個白光發光二極體發出的光要能同時通過狹縫，所以九個發光二極體應排在半徑的方向，以儘量減少閃光持續的時間；九個白光發光用厚紙或鋁箔圍住，使它們發出的光只能由狹縫照射出來，避免不必要的光外洩。這就完成了這具科學玩具。
    必要時可以製作十組發光二極體，但每組之間的角度、位置、方向的精度要求較高，務必使所有發光二極體發出的光同時通過十個狹縫。
    關掉所有的燈光，九個白光發光二極體通電後，讓他們持續發光，但只有當上方圓盤上的狹縫轉到發光二極體的下方，發光二極體才能瞬間照亮下方大圓盤上的動畫。
    用手指捻動鋁棒，使圓盤轉動，發光二極體就一閃一閃的照亮大圓盤上的動畫，圓盤轉轉速快到某一程度，人眼就不覺得一閃一閃，原來用影印機印在紙上的馬，就還魂復活跑了起來。

須注意的要領：
鋁棒作為轉軸，要儘可能精確的穿在大圓盤圓心，大圓盤要儘可能精確的垂直鋁棒，使大圓盤轉動時不會晃動。其次，每格靜止動畫在大圓盤止的位置要適當，使操作時動畫的動作能連績變化而不致於上下、或前後跳動。