汤姆蒂尔尼 将著名的专辑封面变成课堂物理练习,并发现一些不一致之处
今年是英国摇滚银行成立 50 周年 Pink Floyd的 发行了他们的开创性专辑 在月球的黑暗面. 根据我作为物理老师的经验,我可以告诉你,今天的大多数青少年都很难说出名字 专辑中的单曲. 但他们中的大多数人仍然承认 标志性专辑封面,它描绘了通过三棱镜折射的光。 事实上,我相信,如果展示艺术作品(即使两者都没有出现在封面上),学生将能够同时为专辑和乐队命名,这使它即使在今天也是物理课堂上的有用工具。
就艺术背后的实际物理学而言,我将跳过月球没有真正的“阴暗面”这一事实——只是一个 我们从地球上看不到的“远方”, 因为月亮是 潮汐锁定. 有趣的是,专辑本身甚至引用了这一点,其中背景声音说“月球没有黑暗面,真的”,然后添加“事实上,它是黑暗的......”这也许是对月球本身不发光的事实?
撇开这些天文事实不谈,设计中有两个有趣的方面与物理专业的学生直接相关。 一个是如何——如果原来的折页设计完全打开——你会看到一个光线穿过两个棱镜的图像。 在其中,光在通过棱镜之前被分解成其组成颜色,但随后在通过第二个棱镜之前重新组合成白光,然后再次分离。
显然,这样做是为了在唱片店里展示有趣的东西。 然而,它说明了艾萨克·牛顿对光学物理学的最早贡献之一,因为它展示了白光如何通过棱镜分散成其组成颜色,以及如何通过另一个棱镜重新组合。 以前的 物理世界 文章 - ”混乱之网”(2022 年 XNUMX 月)——已经强调了对其中一些错误的热烈课堂讨论。
但这张专辑的艺术作品还有另一个方面同样值得在物理课堂上引起注意。 我们可以用它来确定 折射率 (RI) 原始图像中所示的棱镜,并找出它对应于任何可用材料? 材料的 RI 本质上是衡量光进入或离开材料时折射程度的量度。 如果可以测量光路与垂直于表面绘制的线(称为“法线”)之间的角度,则很容易计算出来。
混乱之网
我打印了几份艺术品,并请一些学生帮助确定封面材料的 RI。 我们添加了光线撞击棱镜的法线和它出现的地方,并仔细测量了各种入射角和折射角,这使我们能够计算折射率的值。 或者我应该说折射率——因为我们的发现有些令人不安。
拥有多个 RI 本身并不是问题。 毕竟,在光谱的两个极端,紫光的 RI 必须大于红光的 RI。 这就是光线分成不同颜色的原因:紫光在进入致密材料时比红光慢得多,这就是它弯曲更大角度的原因。 其实我事先查过典型值,知道红光透过玻璃的折射率通常在1.51左右,而紫光则在1.53左右。 但是 月亮的黑暗面 image 不会产生任何接近的值。
在进入专辑封面上的棱镜的途中,紫光的入射角和折射角产生 2.42 的 RI,这对于普通玻璃来说太高了。 在四处挖掘之后,我们确实发现它与 RI 非常匹配 锌矿 – 一种主要含有氧化锌的透明矿物。 但锌矿通常呈黄色或红色,因此与照片中的图像几乎不相符。
不过,这并不重要,因为材料根本不可能是锌矿或其他任何东西。 因为如果它是锌矿,我们期望红光的值类似,但略小。 事实上,我们得到的红色值为 1.15,这与我可以追踪到的任何常见材料都不对应。
我想知道棱镜密度的变化是否可以解释不一致,但这也不起作用
情况变得更糟。 当光出现在图像的右侧时,在那里测量的角度给了我们两个完全不一致的值:紫光为 1.08,红光为 1.85。
我想知道棱镜密度的变化是否可以解释不一致,但这也不起作用。 简而言之,如果玻璃的密度(和折射率)发生变化,我们希望看到光线沿着弯曲的路径穿过玻璃,这没有任何意义。 就好像 风暴索格森,设计专辑封面的人,决定完全无视斯内尔和折射定律。
对于索尔格森来说,创建一个更准确、更真实的光路版本并不难。 看看上面的图片,它是在 2017 年由 梅森麦克斯韦 – 业余摄影师 – 使用玻璃棱镜. 它显示了 Pink Floyd的 封面应该是真的。
也许我们可以将错误归因于艺术许可和缺乏一般光学专业知识。 也许是来自的请求 Pink Floyd的 键盘手 理查德·赖特 “简单而大胆”的设计——象征着专辑围绕财富、贪婪和冲突的深刻主题——最终“掩盖了”科学的准确性。 不管怎样,50 年过去了,这个标志性的形象将留在这里。
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- Sumber: https://physicsworld.com/a/great-gaffe-in-the-sky-the-erroneous-physics-behind-the-dark-side-of-the-moon/
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