I Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

ОБМАН ЗРЕНИЯ

• Авторы
• Файлы работы
• Наградные документы

Соломин Александр Николаевич 1

---

1

Работа в формате PDF

171 KB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьника

ООглавление

Введение 4

Что такое иллюзия……………………………………………………….............. 5

Происхождение оптических иллюзий 5

Причины иллюзий………………………………………………. 5

Виды оптических иллюзий 7

Виды иллюзий……………………………………………………………………..7

Мираж 8

Иррадиация 8

Преломление света 9

Физиологическое двоение 9

Стереоэффект 9

Бинокулярное зрение 9

Иллюзии в природе. 9

Опыт №1. Можно ли в домашних условиях наблюдать мираж в воздухе? 11

Опыт №2. Почему темная баночка кажется белой? 11

Опыт №3. Почему на дороге внезапно образовалась «лужа»? 11

Опыт №4. Почему возникает иллюзия, при которой черные участки кажутся нашему глазу меньше, нежели белые такой же величины? 12

Опыт №5. Почему стрелки, нарисованные на бумаге, вдруг изменили свое направление? 12

Опыт №6. Почему невидимая монета становится видимой? 13

Опыт №7. Иллюзия сломанного карандаша. Можно ли сломать карандаш, просто опустив его в стакан с водой? 13

Опыт №8. Можно ли увидеть дополнительный палец? 13

Опыт №9. Можно ли в домашних условиях добиться стереоэффекта? 14

Опыт №10. Иллюзия «дыра» в ладони. 14

Опыт №11. Может ли карандаш двоиться? 15

Опыт №12. Можно ли создать иллюзии при движении объекта в домашних условиях? 15

Опыт №13. Сможем ли мы при фотографировании получить иллюзию? 15

Опыт №14. Может ли куб летать в воздухе? 16

Заключение 16

Список использованной литературы 17

«Посредством глаза, но не глазом

Смотреть на мир умеет разум»

Уильям Блейк (1757-1827)

В повседневной жизни мы постоянно сталкиваемся с иллюзиями и порой не расцениваем их как иллюзии. Их роль всегда была высока, в древности их использовали шаманы, картины всемирно известного Леонардо да Винчи полны скрытых оптических иллюзий. Пизанская башня "падает" визуально только на 10 % по причинам, связанным со строительством, 90 % из них - это оптический обман. Иллюзии применяются в искусстве, архитектуре, кинематографии, в военном деле, в рекламе.

Мне стало интересно, что такое иллюзия, какие виды иллюзий существуют, как они появляются, как оптические иллюзии влияют на мозг человека? Вообще, можно ли доверять тому, что мы видим? Всё ли мы видим? И, конечно, самому провести исследование, показывающее ограниченность способности наших глаз, а также попробовать создать свою иллюзию.

Цель исследования: изучение иллюзий, выяснение причин их появления, наблюдение иллюзий, создание собственной иллюзии.

Задачи исследования:

• Изучить теоретический материал по данной теме;

• Выяснить, что такое иллюзия, как она возникает, какие виды иллюзий существуют, как оптические иллюзии влияют на мозг человек;

• Продемонстрировать примеры иллюзий, сделать интересные оптические иллюзии своими руками в домашних условиях;

• Изучить понятие миража как одного из оптических явлений;

• Объяснить возникновение иллюзий с точки зрения геометрии, физики и биологии.

Гипотеза: оптические иллюзии можно объяснить с помощью законов математики, физики и биологии.

Объект исследования: иллюзии.

Предмет исследования: изучение причин возникновения иллюзий.

Актуальность: знание истинных причин возникновения иллюзий позволяет объяснить обманы зрения.

Методы исследования: изучение научной литературы, анализ, сравнение, доказательство.

Основная часть работы.

Оптические иллюзии сопровождают нас в течение всей жизни. Поэтому знание основных их видов, причин и возможных последствий необходимо каждому человеку. Слово «иллюзия» происходит от латинского слова «illusio» -заблуждение, обман. Иллюзии - это искаженное, неадекватное отражение свойств воспринимаемого объекта. Оптическая иллюзия (зрительная иллюзия) – ошибка в зрительном восприятии, искажение пространственных соотношений признаков воспринимаемых объектов, ошибка в оценке и сравнении между собой длин отрезков, величин углов, расстояний между предметами, в восприятии формы предметов, совершаемые наблюдателем при определенных условиях. [2]

Человек видит не глазами, а посредством глаз, откуда информация передается через зрительный нерв в определенные области головного мозга, где формируется та картина внешнего мира, которую мы видим. Все эти органы и составляют нашу зрительную систему.

В связи с этим выделяются три причины иллюзии:

1. Наши глаза так воспринимают идущий от предмета свет, что в мозг приходит ошибочная информация;

2. при нарушении передачи информационных сигналов по нервам происходят сбои, что приводит к ошибочному восприятию;

3. мозг не всегда правильно реагирует на сигналы, приходящие от глаз.

Часто оптические иллюзии возникают из-за специфической работы глаза и ошибочного преобразования сигнала мозгом. Причины некоторых иллюзий установлены, но большинство из них не имеет научного объяснения, и по сей день.

1. Иррадиация глаза.

Иррадиация объясняется тем, что каждая точка предмета даёт на сетчатке нашего глаза не точку, а маленький кружок. Поэтому светлая поверхность окаймляется на сетчатке глаза светлой полоской и увеличивается. Черные поверхности дают изображение в уменьшенном виде.

2. Астигматизм.

Это дефект зрения, связанный с нарушением формы хрусталика, роговицы или глаза, в результате чего человек теряет способность к чёткому видению. Например, если в течение длительного времени смотреть одним глазом на близком расстоянии на картинку, сосредоточившись на верхнем белом квадрате, то вскоре из поля зрения пропадёт нижняя белая полоска.

По происхождению оптические иллюзии делятся на три вида:

• естественные, или созданные природой (например: мираж);

• искусственные, или придуманные человеком (фокусы с левитацией);

• смешанные, то есть естественные иллюзии, воссозданные человеком.

• зрительное искажение;

• иллюзии цвета и контраста;

• восприятие размера;

• иллюзия движения;

• двойственные изображение;

• невозможные фигуры;

• распознавание образа;

• соотношение фигур и фона;

• перевёрнутые картины.

Явление миража объясняется физическим законом преломления и отражения лучей. Миражи принято делить на три класса. К первому классу относят нижние миражи – перевернутое изображение предметов. Воздух состоит из слоев, которые имеют разную температуру и плотность. Когда лучи переходят из одного слоя в другой, они начинают преломляться, а если разница температуры слоев большая, то лучи вообще начинают отражаться, при этом, создавая иллюзии, которые называют миражами. Так, например, в пустыне песок раскаляется под солнцем, нижний слой воздуха нагревается и начинает отражать предметы, как зеркало. Нижние миражи можно наблюдать также на раскаленной солнцем асфальтовой дороге. К миражам второго класса относят верхние миражи. Верхний мираж возникает, когда слои воздуха возле земли гораздо холоднее, чем верхние: изображение отрывается от земли и повисает в воздухе, иногда оно бывает перевернутым. Например: моряки часто видят корабли, повисшие в воздухе, и даже корабли, находящиеся далеко за горизонтом. Миражи третьего класса или фата-моргана – это таинственное явление, которое нельзя объяснить никакими законами физики. Одним из лучших мест в мире для наблюдения миражей является Аляска. Чем злее стужа на Аляске, тем четче и красивее возникают в небесах миражи.

Иррадиация - явление зрительного восприятия человеком трехмерных объектов и плоских фигур на контрастном фоне, при котором происходит оптический обман зрения, заключенный в том, что наблюдаемый предмет кажется иного размера, нежели его истинный размер.

Такая иллюзия возникает при наблюдении светлых фигур или объектов на черном фоне и наоборот. Подобная иллюзия возникает из-за несовершенства анализа человеческим головным мозгом информации, полученной от органов зрения.

Это изменение направления распространения света при прохождении через границу раздела двух сред. Луч света, проходя через пластину, смещается параллельно своему первоначальному направлению. При рассматривании предметов через плоскопараллельную пластину они будут казаться смещенными.

Субъективно не ощущаемое удвоение изображения на сетчатке объекта, находящегося ближе или дальше точки фиксации; обусловливает восприятие глубины пространства. [6]

Ощущение протяжённости пространства и рельефности, возникающие при наблюдении реальных объектов.

Способность одновременно чётко видеть изображение предмета обоими глазами; в этом случае человек видит одно изображение предмета, на который смотрит, то есть это зрение двумя глазами, с подсознательным соединением в зрительном анализаторе (коре головного мозга) изображений полученных каждым глазом в единый образ. Создаёт объёмность изображения. Бинокулярное зрение также называют стереоскопическим.

• Природный камуфляж.

Природный камуфляж позволяет животным оставаться незамеченными для многочисленных хищников.

• Радуга.

Эта оптическая иллюзия наблюдается в минуты, когда солнечные лучи освещают стену дождя на части неба, «противоположной» солнцу. Солнечный свет, проходя сквозь капли воды, многократно отражается и преломляется в них, как в маленьких призмах, и лучи разного цвета выходят из капель под различными углами. Это явление называется дисперсией (т. е. разложением) света. В результате образуется яркая радуга.

• Голубое небо.

Голубой цвет неба - это иллюзия. Солнечный свет рассеивается в атмосфере планеты всем спектром лучей. Но степень рассеивания обратно пропорциональна длине волны в четвертой степени, то есть в видимом диапазоне она максимальна для фиолетовых, синих и голубых лучей. Глазу такая смесь кажется голубой. Ночью, в тени Земли, освещение солнечными лучами прекращается, и атмосфера становится прозрачной – мы видим не земное небо, мы видим черный космос.

• Северное сияние.

Эта иллюзия вызвана столкновением заряженных частиц с атомами в верхних слоях атмосферы.

Также иллюзия применяют в военном деле, камуфляж. Чем меньше контраст, тем менее заметен объект. На основе иллюзии «Фигура и фон» делают камуфляжную одежду для военных и охотников.

Практическая часть.

При работе над данным проектом, проводя ниже приведенные опыты, я наблюдал различного рода иллюзии.

Мираж. Опыт №1.Можно ли в домашних условиях наблюдать мираж в воздухе? Необходимое оборудование: окно на кухне, новогодняя игрушка.

Для опыта полностью откроем окно на кухне. На улице мороз -20 градусов. Наблюдаем за предметами, стоящими рядом с окном. Они дрожат и изгибаются их формы. Круглая новогодняя игрушка становилась более вытянутой книзу.

Для опыта возьмем баночку с темными стенками и поместим ее в емкость с белым дном. Емкость с белым дном заполним холодной водой. Наполним баночку с темными стенками кипящей водой. Стенки баночки стали белыми.

Вывод: В результате наблюдаем мираж. Снаружи банки получен градиент температуры.

Для опыта я поехал летом на велосипеде по нагретому солнцем асфальту. Впереди заблестело светлое пятно, похожее на лужу на дороге, в которой отражался солнечный свет. Дальше еще одна такая же «лужа». Я приближался к ней, а она отодвигалась от меня и пропадала.

Вывод: Я наблюдал маленький мираж – отражение в воздушном зеркале небольших участков неба. Создается полная иллюзия блестящей водной поверхности. Были благоприятные условия для возникновения нижних миражей.

Иррадиация.

Необходимое оборудование: лист бумаги, на котором на определенном расстоянии нарисованы одинаковые черные круги, два сверху и один снизу.

Для опыта необходимо посмотреть на лист бумаги и сказать, сколько черных кружков могло бы поместиться в свободном промежутке между нижним кружком и одним из верхних кружков. У меня получилось, что четыре кружка уместятся свободно. На самом деле в промежутке помещается ровно три кружка. Я взял циркуль и убедился в этом.

Вывод: Эта иллюзия объясняется иррадиацией. Каждая точка предмета даёт на сетчатке нашего глаза не точку, а маленький кружок. Поэтому светлая поверхность окаймляется на сетчатке глаза светлой полоской и увеличивается. Черные поверхности дают изображение в уменьшенном виде.

Преломление света

Для опыта возьмем стакан с водопроводной водой поставим его на стол. Возьмем лист бумаги с нарисованными стрелочками. Установим его и подвинем к нему стакан с водой. Смотрим сквозь стекло на стрелочки. Мы видим, что направление стрелок поменялось на противоположное.

Вывод: Это происходит потому, что свет проходит сквозь воздух, стекло, воду, снова через стекло, а затем обратно. Он преломляется. Стакан воды выступает как линза. Когда луч света проходит сквозь линзу, он искривляется в сторону центра. Точка, в которой лучи сходятся вместе, называется фокусом, но за его пределами изображение переворачивается, потому что лучи меняют направление.

Необходимое оборудование: чайная чашка, водопроводная вода, монета.

Для опыта положим на дно чайной чашки монету и расположим глаз так, чтобы край чашки закрывал её. В чашку нальем воду. В результате монета станет видна.

Вывод: Это объясняется преломлением света при переходе луча из воздуха в воду.

Для опыта возьмем карандаш и поместим его в стакан с водопроводной водой. В результате можно увидеть, что та часть карандаша, что находится под водой, слегка смещена относительно той части, что находится над водой.

Вывод: Лучи света, идущие от карандаша, имеют в воде другое направление, чем в воздухе, т. е. происходит преломление света на границе воздуха с водой. Когда свет переходит из одной среды в другую, на границе раздела происходит отражение части падающего на неё света. Остальная часть света проникает в новую среду. В результате возникает иллюзия разрыва карандаша.

Физиологическое двоение. Опыт №8.Можно ли увидеть дополнительный палец? Необходимое оборудование: указательные пальцы рук.

Для опыта я смотрел на удаленный предмет и держал в это время указательные пальцы, соединенными друг с другом, расположив их перед глазами. В результате я увидел между своими пальцами «дополнительный палец».

Вывод: Образ предмета удваивается потому, что его изображение попадает на участки сетчатки обоих глаз, не связанные между собой в нервной системе так, чтобы из двух изображений составлялся один образ.

Стереоэффект

Необходимое оборудование: белая нить, белая пуговица, темное стекло от солнечных очков.

Для опыта возьмем пуговицу и закрепим ее на конце белой нити. Второй участник эксперимента, в моем случае мама, стала раскачивать нитку наподобие маятника. Я смотрел на пуговицу на расстояние 1 метра. Затем я поставил перед своим одним глазом темное стекло от солнечных очков и смотрел на маятник обоими глазами. В результате мне казалось, что маятник теперь качается не в одной плоскости, а как бы по кругу. Когда я приставить стекло к другому глазу, движение пуговицы стало совершаться в противоположном направлении.

Вывод: Это происходит потому, что светлое и темное изображения достигают мозга неодновременно (темное позднее), так что в любой данный момент времени происходит слияние различных изображений, поступающих в мозг от правого и левого глаза. Это вызывает появление эффекта глубины, подобного стереоэффекту.

Бинокулярное зрение. Опыт №10. Иллюзия «дыра» в ладони.Необходимое оборудование: свернутая их бумаги трубочка.

Для опыта я взял трубочку, свернутую из листа бумаги и посмотрел сквозь трубку правым глазом, а левую ладонь приставил вплотную к дальнему концу трубки. Левым глазом смотрел на ладонь. У меня создалось впечатление, что в моей левой ладони образовалась дырка.

Вывод: Видимая через отверстие трубки картинка, накладывается на изображение ладони в другом глазу. Мозг получает от каждого глаза разные картинки и объединяет изображения, поэтому я увидел дырку в левой ладони.

Для опыта я взял стакан с водой и поставил его на стол. За стаканом поставил карандаш на расстоянии 20 см. Я стал смотреть сквозь стекло и увидел два карандаша. Когда я закрыл левый глаз, то изображение карандаша справа исчезло. Когда я закрыл правый глаз, то исчезло изображение карандаша слева.

Вывод: Вода выполняет роль линзы. Поверхности воды имеет форму цилиндра, и каждый глаз смотрит сквозь эту поверхность немного под разным углом. Поэтому, когда оба глаза открыты, видны два изображения. При одном открытом глазе видно только одно изображение.

Иллюзии при движении объекта. Опыт №12. Можно ли создать иллюзии при движении объекта в домашних условиях? Необходимое оборудование: велосипед, проволока.

Для опыта я взял велосипед и обмотал один сектор колеса проволокой. При вращении колеса весь круг стал казаться окрашенным.

Вывод: Это можно объяснить способностью нашего глаза в течение долей секунды удерживать зрительное впечатление, хотя видимый предмет уже исчез из вида.

Оптические иллюзии в фотографии. Опыт №13.Сможем ли мы при фотографировании получить иллюзию? Необходимое оборудование: фотоаппарат.

Для опыта мы старались снимать фотоаппаратом, так, чтобы на фотографии получить иллюзию. Прибегали с разным хитростям. В результате получились фотографии с иллюзией хождения по воде и иллюзией «ракушка с часами» в руке.

Вывод: Необычные фотографии получаются на основе простого оптического обмана, когда близкие предметы отдаляются, а дальние – приближаются, большие объекты кажутся меньше, а маленькие больше.

Анаморфная иллюзия. Опыт №14. Может ли куб летать в воздухе?

Необходимое оборудование: нарисованный определенным образом на бумаге куб.

Для опыта я нарисовал определенным образом куб. Стал рассматривать это изображение с определенной точки зрения, переворачивал его на столе и снимал на видеокамеру. Получил иллюзию летающего в воздухе куба.

Вывод: Рисунок принимает правильный вид лишь под определенным углом зрения.

В результате своей работы я могу сделать вывод, что иллюзия - это наука, в основе которой лежат обычные природные явления. Я определил, что существуют три основные причины возникновения оптических иллюзий:

1. Законы физики (преломление и отражение лучей).

2. Особенности строения глаза.

3. Оптические иллюзии – это обман нашего мозга, он не всегда правильно реагирует на сигналы, приходящие от глаз.

Изучая литературу по данной теме, я узнал, как можно самому создавать оптические иллюзии, проводить разные эксперименты. Эти знания помогут мне лучше понимать некоторые природные явления, устройства некоторых предметов.

Интересным завершением моей работы стал созданный сборник упражнений с оптическими иллюзиями для тренировки глаз и мозга.

1. Перышкин А.В. Физика. 8 кл.: Учеб. для общеобразоват. учеб. заведений. – 13-е изд., стереотип. – М.: Дрофа,2010

2. Большая советская энциклопедия

3. Перельман Я.И. Занимательная физика. – М.: Наука, 1994

4. Грегг Дж. Опыты со зрением – М.: Мир, 1970

5. http://wikipedia.org

6. Малая медицинская энциклопедия. — М.: Медицинская энциклопедия. 1991—96

18