XV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Введение. Актуальность

Окружающий мир полон разнообразных иллюзий. Не замечая того, мы каждый день сталкиваемся с иллюзиями, но объяснить причины их возникновения вряд ли кто-то сразу сможет. Их можно встретить как в природе, так и в городском пейзаже. В парке, на улице, в транспорте, где бы мы ни были, мы всегда на что-то смотрим, наблюдаем за чем-то.

Мы все задавали себе вопрос, почему, когда солнце или луна, находясь близко к горизонту, кажутся нам большого размера, почему рельсы вдали кажутся приближающимися друг к другу.  

Восприятие одного и того же предмета может быть разным и нельзя с уверенностью говорить, что увиденное нами является таковым. Изучением причин возникновения иллюзий занимались многие исследователи.

Я решил разобраться, понять, почему мы не всегда видим предметы такими, какие они есть на самом деле.

Цель и задачи

Цель моего исследования:определить, возможно ли научно обосновать появление иллюзий в нашей жизни.

Задачи:

Выяснить, что такое «иллюзия» при помощи специальной литературы.

Привести примеры природных иллюзий.

Рассмотреть виды математических иллюзий.

Показать примеры иллюзий в реальной жизни.

Создать собственную иллюзию.

Я выдвинул гипотезу - иллюзии действительно возможны в нашей жизни, и их существование можно объяснить при помощи научных фактов.

Теоретическая часть

Самые простые оптические иллюзии мы видим еще в детстве, когда наблюдаем за тучами, облаками, которые складываются в витиеватые фигуры, необыкновенные формы.

Иллюзия – это картина того, чего нет на самом деле, искаженное восприятие действительности, обман восприятия.

Слово иллюзия в переводе с латинского языка означает – «обманывать».

В чем же заключается обман, и почему мы себя обманываем?

Сетчатка глаза состоит из двух видов рецепторов, чувствительных к свету. При взгляде на какой-то предмет отправляются импульсные сигналы в мозг. Но иногда происходит, что мозг ошибается, и тем самым мы воспринимаем картинку не такой, какая она есть. Это можно назвать оптической иллюзией или обманом зрения.

Иллюзии бывают как естественные или созданные природой, так и искусственные или созданные человеком.

Видов иллюзий большое количество и разные исследователи объединяют их в разные группы по своим критериям.

Я хотел бы привести примеры иллюзий, созданных природой, и остановиться на иллюзиях восприятия размера, цвета, перспективы, движения, картинки - перевертыши.

Природные иллюзии

Природа – лучший иллюзионист. Природа тоже может создавать иллюзии. Причём, выглядят они более внушительно, чем сделанные человеком. К ним можно отнести различные природные явления, как редкие, так и достаточно распространённые.

Многие летописи начинаются такой фразой «в те года, когда на небе было видно три Солнца, и ночь напоминал день…», можно предположить, что когда-то ранее нашу планету освещали сразу три Солнца.

Например, в рассказе «Слово о полку Игореве» можно отыскать такую фразу «сразу несколько светил взошли на небе».

В 1785 году в Ярославле люди наблюдали таинственное явление, о чем была сделана запись в одной из летописей: «В 7293 году (соответствует 1785 году по нашему летоисчислению) явилось знамение в именитом граде Ярославле, с утренних часов стоял… круг до полудня с тремя солнцами». Чаще всего такие явления наводили страх на людей, воспринимались им как мрачные предзнаменования. Иногда имели оптимистические толкования. Так в 1181 году, когда Англией правил король Генрих 1, на небе вдруг появилось одновременно две полные луны. Первая луна была на западе, вторая – на востоке. Люди расценили появление двух лун как хороший признак. И действительно, в этом году король одержал победу в бите.

Однако существуют вполне разумные объяснения подобных явлений. В потоках воздуха земной атмосферы двигается огромное количество мелких ледяных кристалликов. В земной атмосфере ледяные кристаллики в потоках воздуха опускаются и поднимаются. Они, словно зеркало, отражают солнечные лучи. Ученые утверждают, то данное явление – это световая иллюзия, которая называется «гало».

Наиболее часто на небе можно наблюдать еще два солнца. Они располагаются по обе стороны солнца настоящего. Нередко на небе появляется светлый или радужный круг, который как бы опоясывает солнце. Может появиться и светящийся столб. Яркое, хорошо заметное гало дают не всякие облака. Исследователи давно обратили внимание на то, что при появлении гало солнце часто бывает затянуто дымкой – тонкой пеленой высоких перистых или перисто-слоистых облаков. То есть важно, чтобы облака были не очень плотными, солнце должно просвечиваться сквозь них. Иногда гало появляется на безоблачном небе. Это происходит от того, что в атмосфере достаточно ледяных кристалликов. Так обычно случается в морозные ясные дни. Гало возникает при резком похолодании. Зимой, при установившейся морозной погоде, появление гало предвещает потепление.

Я вление гало в г. Новосибирске наблюдалось на рассвете 3 ноября 2021 года, когда с правой и левой стороны от солнца наблюдалось еще по одному солнцу. Гало появилось в небе после резкого похолодания до -18 градусов. А 4 ноября в Новосибирске днем потеплело до -9...-11.

В от что наблюдали жители г.Новосибирска утром 03.11.2021. Я сам данное явление не наблюдал, но слышал рассказ о нем по телевидению.

Иногда в воздухе появляется светящийся столб или столбы. Это происходит потому, что солнечный свет отражается от кристалликов в виде пластинок. Их нижние грани отражают свет солнца, которое еще не взошло над уровнем горизонта или уже скрылось за горизонтом. Вместо солнца люди видят светящуюся дорожку, которая уходит в небо от горизонта.

Источником света может служить не только солнце, но и другие источники, например, уличные фонари, прожекторы и тому подобное.

Не менее интересным примером природной иллюзии являются миражи. Нередко миражи называют «фата-моргана» в честь Артурской колдуньи Морган ле Фай, обитающей на дне моря. Долгое время существовало убеждение, что загадочные миражи были созданы колдовством ведьмы, чтобы обмануть моряков призрачными видениями и заманить их в открытое море. Как правило, миражи представляли собой сказочные земли, корабли, замки, зависшие в воздухе высоко над водой. Этому явлению имеется объяснение. Мираж является зеркальным отражением, но зеркалом становится воздух. Это случается, когда воздух по вертикали заметно расслаивается. И от некоторых воздушных слоев свет начинает отражаться, словно от зеркала. Это и является разгадкой миражей.

В жару солнце очень сильно нагревает поверхность земли. Слой воздуха, прилегающий к земле, также очень сильно нагрет. Именно поэтому он становится менее плотным. Лучи света от слоя воздуха будут отражаться, словно от воды. И тогда появляется нижний или «озерный» мираж. Такой мираж наиболее часто встречается в пустыне. Например, жара, песок и камни раскалены, по пустыне идут люди, им хочется пить, и вдруг вдалеке они видят озеро. Люди стремятся к нему, но озеро пропадает. На самом деле его не было, просто в раскаленном воздухе, словно в зеркале, отразилось небо, а людям показалось, что они видят воду.

Иллюзии восприятия размера

П римером такой иллюзии является уже указанный мной размер луны или солнца у горизонта.

У горизонта луну окружают относительно маленькие здания и деревья, поэтому она может казаться больше, чем на небе, где предметов для сравнения нет.

О дин и тот же круг кажется большим среди маленьких и меньшим среди больших кругов. Это объясняется тем, что размер фигуры зависит от его окружения. Это объясняется действием закона контраста, по которому предмет воспринимается как большим или маленьким в зависимости от размера окружающих предметов. Предмет будет казаться большим своей величины на фоне мелких предметов, и наоборот.

К концам двух равных по длине отрезков пририсованы стрелки, к одной – расходящиеся в разные стороны, а к другой – сходящиеся навстречу друг к другу. Посмотрев на этот рисунок большинство скажет, что отрезок со стрелочками расходящимися длиннее. Почему так происходит? Линии воспринимаются ни по отдельности, а как части чего-то целого. Линия, входящая в состав большей фигуры будет восприниматься больше и наоборот.

Вертикальная линия воспринимается как более длинная, но на самом деле они одного размера.

Р азмеры цилиндра по вертикали переоцениваются. В действительности высота цилиндра и ширина его полей одинаковы.

Высота черной гребенки кажется больше ее ширины, хотя они равны.

Оказывается, острота зрения «в горизонтальном направлении» больше, чем в вертикальном, а глазомерное сравнение длины параллельных горизонтальных линий может быть произведено с точностью до 1 %, тогда как для вертикальных такая точность недостижима. Поэтому большинство людей обладает способностью преувеличивать вертикальные протяженности по сравнению с горизонтальными.

Иллюзии восприятия цвета

С ветлые предметы на темном фоне кажутся более увеличенными против своих настоящих размеров и как бы захватывают часть темного фона.

На рисунке за счет яркости цветов белый квадрат кажется больше черного. Зная о данном свойстве черного цвета скрадывать размеры, дуэлянты в XIX веке предпочитали стреляться в черных костюмах, надеясь, что противник промахнется при стрельбе.

К иллюзии восприятия цвета относится иллюзия цвета и контраста, при которой одинаково раскрашенные предметы видятся по-разному. В основе данной иллюзии стоит процесс иррадиации. Иррадиация в переводе с латинского языка означает неправильное излучение. Когда изображение с остоит из ярко освещенных областей и темных, то происходит распределение цвета. Темные участки как бы забирают часть освещения у светлых. Но это происходит только в нашем мозгу. Картинка остается неизменной.

Цвет фигур кажется более ярким и насыщенным, если фигуры окантованы черными рамками.

Иллюзия перспективы

Ч ем больше тот или иной предмет удален от человека, который на него смотрит, тем меньше он кажется. Всем известно, что удаленные предметы имеют меньшие размеры, чем те, которые находятся ближе. Именно так их воспринимает человеческий глаз. Если они удалены, глаз видит их хуже, и они кажутся меньше. Это одна из наиболее распространенных иллюзий восприятия.

Примером иллюзии перспективы являются параллельные линии, которые никогда не пересекаются. То, что они с ходятся к одной точке на горизонте – оптическая иллюзия. Объясняется это особенностью зрительного восприятия. Объекты находятся на разном расстоянии от наблюдателя и видны под разными углами зрения. По мере удаления угол зрения уменьшается, то есть становится острее, что приводит к видимому уменьшению расстояния между объектами.

Открытием этой закономерности около 600 лет назад имело большое значение для живописи. Художники с ее помощью смогли описывать глубину пространства на плоской поверхности картины.

Иллюзии движения

Самыми трудно объяснимыми являются иллюзии движения.

П осмотрите на изображения. Что вы видите? Они движутся? То есть неподвижная картинка как будто оживает и начинает двигаться. Это происходит из-за контраста цветов. Мозг начинает думать, что картинки движутся.

Картинки-перевёртыши

Еще одной разновидностью обмана зрения являются картинки-перевёртыши. Когда мы на них смотрим, сразу понятно, что изображено, но стоит перевернуть картинку, и мы увидим совершенно другой рисунок.

Перевертыш - это вид оптической иллюзии, в которой от направления взгляда зависит характер воспринимаемого объекта.

М ы видим ворону, которая держит в клюве сыр, но, если картинку перевернуть, ворона превратится в лису.

На данной картинке можно увидеть, как утку, так и зайца, все зависит от направления взгляда.

Н а рисунке изображена лошадь, но, если его перевернуть, лошадь превратится в лягушку.

Практическая часть

4.1. Примеры иллюзий

Я, изучив некоторые виды иллюзий, попытался создать их или отыскать в своей повседневной жизни.

Гуляя в парке, я со своим младшим братом, проверил существование иллюзии перспективы, при которой удаленные предметы кажутся меньше своего действительного размера.

Пример № 1

Чтобы показать разницу в росте мы с моим братом встали рядом с друг другом. На Фото 1 видно, что я значительно выше своего младшего брата. После чего я отошел от него, и стал казаться значительно меньше, о чем свидетельствует Фото 2. Однако в действительности мой рост и размер остался прежними.

Ф ото 1 Фото 2

Указанное выше подтверждает и следующий пример.

Пример № 2

Н а Фото 3 я нахожусь на переднем плане фотографии, то есть ближе к наблюдателю, в связи с чем кажусь больше расположенных на заднем плане деревьев и домов. Стоит мне подойти ближе к данным объектам, мой размер относительно них оказался только иллюзией, что подтверждает

Пример № 3

Дорожка в парке, с двух сторон которой расположены деревья, представляет собой две параллельные линии, то есть одна сторона деревьев параллельна относительно другой стороны. Однако на представленной фотографии видно, что расстояние между деревьями по мере удаления от меня уменьшается, а дорожка сужается.

Р асполагая информацией о том, что предметы белого цвета кажутся увеличенными по сравнению с темными, я надел одежду светлых тонов, а затем одежду темных тонов, что отражено на фотографиях, представленных ниже. Сравнив две указанные фотографии, я еще раз удостоверился в том, что светлые цвета увеличивают, а темные уменьшают.

В г. Новосибирске много различных иллюзий я видел в парке чудес «Галилео», примеры некоторых я представил в своей работе.

Данная иллюзия объясняется тем, что по центру установлена зеркальная стена, которая отражает находящиеся вокруг предметы и скрывает, короб, в котором я нахожусь.

С ледующие фотографии являются примером использования иллюзии объемного изображения. На самом деле изображения выполнены на плоской поверхности, то есть я просто стою на полу, но создается эффект, будто я стою над пропастью или превратился в работника цирка.

4.2. Проведение анкетирования

Мной было проведено анкетирование учеников моего класса и членов моей семьи, всего 27 человек.

Вопросы моей анкеты представлены в Приложении 1.

В результате проведенного анкетирования я сделал вывод, что большинство детей знают о том, что такое иллюзии, что бывают природные иллюзии и наблюдали их.

Результаты анкетирования подтвердили, что иллюзии существуют на самом деле, так как большинство опрошенных считают, что изображения движутся, что круг, окруженный маленькими кружками, больше, что линия с расходящимися концами длиннее.

4.3. Создание иллюзии

Я решил сам нарисовать наиболее понравившиеся мне картинки-перевертыши и проверить, действительно ли, если ее перевернуть, появится другое изображение.

Я нарисовал попугая, вырезал его, раскрасил, чтобы он стал более красивым, перевернул получившуюся картинку и увидел, что попугай превратился в индейца.

После чего нарисовал кораблик с парусом, перевернув который, я увидел человека в синей шляпе.

Заключение и выводы

Мир иллюзий чрезвычайно интересен и многообразен. Причины некоторых иллюзий установлены, но большинство из них до сих пор не имеет научного объяснения.

Я добился своей цели – определил научное обоснование некоторых видов иллюзий. Я изучил литературу по теме, привел примеры природных и математических иллюзий. Я привёл примеры использования иллюзий и попытался создать иллюзию сам. Моя гипотеза подтверждена не полностью. Не все иллюзии пока я смог обосновать научно. Возможно, когда я овладею большим количеством знаний, то смогу объяснить и их. Я продолжу наблюдение за иллюзиями и постараюсь изучить тему более широко.

Список используемой литературы

Psy.msu.ru

2. Vashurok.ru

3. О. В. Ларина, Г. М. Мошенская «Удивительные явления природы»

Приложения

Приложение № 1 Анкета

Анкета на тему иллюзии в нашей жизни

Знаете ли Вы, что такое иллюзия?

а) да

б) нет

2. Знаете ли Вы, что бывают природные иллюзии?

а) да

б) нет

3. Наблюдали ли Вы природные иллюзии?

а) да

б) нет

4 . Видели ли Вы на небе такие явления?

а ) да

б ) нет

5 . На каком изображении цвет фигур кажется ярче?

а) 1 1 2

б) 2

в) одинаковые

6. Кажется ли Вам, что изображение на картинках движется?

а) да

б ) нет

7. Какой круг, по Вашему мнению, больше?

а ) окруженный маленькими кругами

б) окруженный большими кругами

в) одинаковые

8. Какая линия воспринимается длиннее?

а) горизонтальная

б) вертикальная

в) одинаковые

9. Какая линия, по Вашему мнению, длиннее?

а) в виде стрелки

б) с расходящимися линиями

в) одинаковые

1 0. Какой квадрат, по Вашему мнению, больше?

а) черный

б) белый

в) одинаковые

11. Были ли Вам интересны заданные вопросы?

а) да

б) нет

Приложение № 2 Результаты анкетирования

Диаграмма № 1

Результаты анкетирования показали, что 22 опрошенных или 81,5 % знают, что такое иллюзии, 5 человек или 18,5% не знают, что это такое.

15 человек или 55,5 % опрошенных знают, что бывают природные иллюзии, 12 человек или 44,5 % - не знают.

17 опрошенных или 62,9 % наблюдали явления, которые относятся к природным иллюзиям, а 10 человек или 37,1 % - не наблюдали таких явлений.

Указанные результаты представлены в диаграмме № 1

Диаграмма № 2

24 опрошенных или 88 % указали, что изображение на картинках движется. Диаграмма № 2.

Диаграмма № 3

16 опрошенных или 59 % отметили, что больше круг, окруженный маленькими кружочками, что представлено на диаграмме № 3 .

Диаграмма № 4

18 опрошенных или 66,6 % считают, что линия с расходящимися концами длиннее. Данный результат представлен на диаграмме № 4 .