Оптическая система глаз и виды иллюзий

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Кузнецова С.К. 1

---

1МАОУ ГИМНАЗИЯ № 177

Терешкина Н.А. 1

---

1МАОУ ГИМНАЗИЯ № 177

Работа в формате PDF

3.3 MB

Автор работы награжден дипломом победителя I степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

ВВЕДЕНИЕ

Этой осенью с семьей посетили парк науки «Newtonpark», парк чудес «Галилео» в нашем городе и музей «Иллюзий» в городе Москве.

Пространство парков, экспонаты перенесли нас в мир волшебства, я обманула реальность (одна голова без туловища). Больше всего понравилось, что можно было всё трогать , нажимать, экспериментировать. Окружающее пространство погрузили нас в необычные ощущения. Мы испытали гравитацию в наклонной комнате, смотрели под другим углом в комнате перевертыш, в крутящемся коридоре.

В музее (в сердце Москвы на Воробьевых горах) увидели, как оживают оптические иллюзии и уносят в необычные места: перенеслась на снежные горы, карабкалась из колодца с пауками, висела над пропастью, познакомилась с огромным котом .

На этих экскурсиях мы погрузились в занимательный мир науки, шагнули в изумляющие зрительные иллюзии. Экспонаты продемонстрировали, что не всегда реальность совпадает с тем, что видят глаза.

Глаз – это сложнейший оптический прибор. Из всех наших органов самыми удивительными, пожалуй, являются глаза. Через них, как через два окна, мы смотрим на мир вокруг нас. Но глаза – это приборы, которым свойственно ошибаться. Эти ошибки принято называть иллюзиями.

Актуальность работы. На сегодняшний день зрительная иллюзия широко используется в создании тестов, игр, интерьеров, выставках фотографий. Оптические иллюзии широко применяются: в науке, в архитектуре, в изобразительном искусстве, в цирке, в кинематографии, в телевидении, в полиграфии, в военном деле. В последнее время всё больше приобретают свою популярность занятия с использованием иллюзий для развития и тренировки глаз, тренировки внимательности.

Проблема: Бурное развитие автоматизации, привело к необходимости быстрых оценок ситуаций по тем или иным показателям. И часто то, что мы видим обманчиво, и многое оказывается совсем не тем, чем кажется на первый взгляд. Посетив парк научных развлечений «NEWTON» и «Парк чудес Галилео» я пришла в выводу, что не стоит доверять всему, что мы видим. Мне очень захотелось разобраться в этой теме, поэтому я решила провести исследование «Всегда ли можно доверять своим глазам? И что такое иллюзия?»

Объект исследования: процесс зрительного восприятия окружающего мира.

Предмет исследования: зрительные иллюзии.

Гипотеза: Предполагаю, что видимое не всегда соответствует действительному. «Увидеть – не значит поверить»!

Цель: Изучить особенности зрения человека и виды иллюзий.

На основании цели и гипотезы были сформулированы следующие задачи:

1. Познакомиться со строением глаза, узнать механизм работы зрительного анализатора.

2. Изучить зрительные и оптические иллюзии.

3. Провести анкетирование среди одноклассников.

4. Определить зрительное восприятие иллюзий среди одноклассников.

Для решения поставленных задач были использованы следующие методы исследования:

• Теоретические: изучение и анализ литературы, сбор информации, наблюдение.

• Экспериментальные: анкетирование, разработка и изготовление модели перископа оптической иллюзии, демонстрация в классе.

Представленные задачи определили план работы над проектом, который проходил в 4 этапа. На первом этапе были осуществлены изучение и анализ информации о зрительном анализаторе и зрительных иллюзиях. На втором этапе была определена возможность использования зрительных иллюзий в разных сферах деятельности человека, проведено анкетирование среди гимназистов и получены данные о том, что обучающимся гимназии №177 г. Екатеринбурга было бы интересно познакомиться с разными видами иллюзий. На третьем этапе проведена практическая работа для определения зрительных восприятий у пятиклассников. На четвертом этапе проанализированы результаты и сделаны выводы.

Практическая значимость работы заключается в том, что знания, полученные при проведении исследовательского проекта, будут помогать распознавать иллюзии в жизни (цирке, интерьере, архитектуре, природе, одежде). И, что важно при изучении объектов использовать измерительные инструменты, а не оценивать на «глаз».

Результат выполненной работы могут быть использованы школьниками средней школы на уроках математики, физики. На примере модели перископа лучше и легче понять законы геометрической оптики и причины возникновения оптических иллюзий.

При написании работы была использована научная литература и Интернет-ресурсы. Основными источниками, раскрывающими теоретические основы работы, являлись работы авторов С.Толанского и И.Д.Зверева.

Структура проекта:

Проектная работа состоит из введения, двух глав, заключения, списка использованной литературы, восьми приложений. Общий объём работы составляет 29 страниц.

Глава 1

Теоретическая часть.

1.1 Строение и механизм работы глаза.

Чтобы понять, каким образом мы видим, необходимо познакомиться со строением глаза и узнать, как он работает. Строение глаза человека во многом определяет причины возникновения зрительных иллюзий. (Рисунок 1 Приложение №1).

На лице видна только передняя часть глаза. Весь глаз по форме похож на шар и называется глазным яблоком. Большая его часть расположена в специальном углублении, которое называется глазница или орбита. Спереди глаз покрыт прозрачной тонкой оболочкой – роговицей. Мы видим сквозь роговицу, как через прозрачное стекло. Роговица покрывает цветную часть глаза - радужную оболочку.

В центре радужной оболочки находится черный с виду кружок, который называется зрачком. Именно через него внутрь глаза проходит свет. Если свет яркий, зрачок сужается, а если свет слабый и тусклый-расширяется. Таким образом, радужная оболочка то широко открывается, то закрывается. От этого зрачок выглядит то совсем маленьким, то большим – в зависимости от сильного или слабого освещения.

Оболочка глаза белого цвета – это склера. Сквозь нее мы ничего не видим. Её задача - защищать те части глаза, которые находятся внутри глазного яблока.

Передняя область глаза, а также та его часть, которая располагается под веками (кроме роговицы), покрыта специальной тканью – коньюктивой. Она защищает глазное яблоко от инфекций, от пыли и грязи.

В центре глаза позади радужной оболочки и зрачка, расположена овальная линза – хрусталик. Он похож на линзу фотоаппарата и так же, как она, пропускает через себя свет. Для того чтобы сфокусировать изображение, хрусталик изменяет свою форму, становясь то более выпуклым, то более плоским. Свет сначала проходит через роговицу и зрачок, затем через хрусталик, далее сквозь прозрачную жидкость, заполняющую глазное яблоко внутри, и наконец, в самой дальней части глазного яблока достигает сетчатки.

Сетчатка – именно та часть глаза, с помощью которой мы фактически видим. Сетчатка покрывает заднюю часть глазного яблока очень плотно. Она так же важна, как пленка в фотоаппарате. Если бы не было сетчатки, мы бы ничего не видели.

Когда свет достигает сетчатки, она передает сигнал по зрительному нерву в специальный отдел мозга. А когда наш мозг получает сигнал, мы, наконец, видим то, на что смотрят наши глаза.

Движением глаза управляют специальные мышцы, расположенные по бокам, сверху и снизу глазного яблока. Эти мышцы прикреплены к склере – твердой белой оболочке глаза.

И так выделяют пять этапов в механизме работы глаза:

1. Луч света, отражаясь от какого-либо предмета, проходит сквозь роговицу и зрачок к хрусталику.

2. Затем он проходит через хрусталик и жидкость, заполняющую глазное яблоко, и попадет на сетчатку.

3. Сетчатка принимает световой импульс и передает его зрительному нерву.

4. Зрительный нерв посылает сигнал мозгу.

5. Мозг переводит сигнал в зрительный образ.

Вывод: когда говорят об «обмане зрения» правильнее было бы сказать, что на самом деле нас обманывает наш собственный мозг, когда анализирует увиденное.

(Рисунок 2 Приложение№1).

1. 2. Функции и возможности человеческого глаза.

У человека через глаз поступает около 90 % информации из окружающего мира. Благодаря глазам человек различает цветовую гамму предметов, их форму и многое другое. Уникальность зрения в том, что он позволяет опознавать предмет, его местоположение в пространстве, прослеживать перемещения, оценивать окружающую обстановку. Зрение дает человеку возможность ориентироваться, овладевать грамотой, познавать науки и искусство.

Основные функции глаза:

1. Световосприятие (способность воспринимать свет).

2. Цветовосприятие (способность различать цвета).

3. Центральное зрение (функция центрального отдела сетчатки, максимальная острота зрения).

4. Периферическое зрение (функция периферических отделов сетчатки, поле зрения).

5. Бинокулярное зрение (зрение 2 глазами, объемное зрение).

Мы видим только при наличии света. Глаз отвечает на ничтожно малые дозы световой энергии. Чувствительность человеческого глаза к свету после пребывания в темноте в течении 1 минуты возрастает в 10 раз. Интересный случай описывает С.С.Смирнов в книге «Рассказы о неизвестных героях». Русский солдат в течении 9 лет (с1915 по 1924г) оставался в темном подземелье Брестской крепости. Он имел достаточное количество продовольствия и воды. Но свечей и спичек хватило только на 4 года. Пять лет полной темноты. Отвыкнув от света, человек ослеп.

Цветовая гамма предметов: все краски слагаются из трех цветов: красного, желтого, синего. Их смешивание дает все остальные. Трехсоставную теорию цветного зрения впервые высказал в 1756 г М.В. Ломоносов, когда писал «о трех материях дна ока». А сто лет спустя ее развил немецкий ученый Г.Гельмгольц, который не упоминает известной работы М.В.Ломоносова «О происхождении света», хотя она была опубликована и кратко изложена на немецком языке. В сетчатке глаза есть три разных элемента, чувствительных соответственно к каждому из трех основных цветов. Если в сетчатке глаза выпадает или ослабевает восприятие одного из трех основных цветов, то человек не воспринимает какой-то цвет. Чаще встречаются люди, не способные отличить красный цвет от зеленого. Эти цвета они воспринимают как серые. Такой недостаток зрения назван дальтонизмом, по имени английского ученого Д.Дальтона, который сам страдал таким расстройством цветного зрения и впервые описал его. Дальтонизм не излечим.

Центральное зрение – это прямое зрение, которое мы используем для того, чтобы видеть мелкие детали, читать, распознавать лица, водить машину. Мы полагаемся на центральное зрение при выполнении повседневных задач, например при просмотре фильма. Оно получило свое название, т.к. обеспечивается центральным участком сетчатки. Основная характеристика центрального зрения – это острота зрения.
Периферическое зрение, оно обеспечивает ориентацию человека в пространстве, дает возможность видеть во тьме и полутьме.
Острота периферического зрения меньше в сравнении с центральным. Это связано с тем, что количество колбочек, от центра к периферическим отделам сетчатки, значительно уменьшается. Периферическое зрение характеризуется так называемым полем зрения.Это пространство, которое воспринимается неподвижным взглядом. Именно благодаря нему возможно свободное привычное передвижение в окружающем человека пространстве, ориентирование в окружающей нас среде. Если периферическое зрение по каким-то причинам утрачивается, то даже при полном сохранении центрального зрения, индивид не может самостоятельно передвигаться, он будет натыкаться на каждый предмет на своем пути, утратится способность охватывать взглядом крупные предметы. (Рисунок 2 Приложение №1).

Бинокулярное зрение - это возможность видеть одновременно двумя глазами. При этом человек способен различать не только форму или цвет предметов, но и глубину, а также расстояние между ними. (Рисунок 2 Приложение №1).  Бинокулярность позволяет видеть трехмерное, объемное изображение за счет фузии – объединения двух изображений, полученных разными глазами. Нормальное формирование бинокулярности приводит к развитию стереоскопического, или пространственного зрения. Именно за счет него оценивается форма, размер, объем и расстояние до предметов. 

Вывод: Благодаря пяти функциям, человек отлично ориентируется в пространстве, выполняет ежедневные задачи. Но распознать иллюзию не всегда может.

1.3Виды иллюзий.

Уже более двух тысяч лет назад иллюзии не только использовались на практике, но и были сделаны попытки их объяснить. Еще Тит Лукрецкий Кар писал в своей книге «О природе вещей» IV-IIIв.в. до н.э. о

«…….. чудесных явлениях,

Словно желающих в нас подорвать все доверие к чувствам,

Но понапрасну: ведь тут большей частью ведут к заблуждению

Нас измышления ума, привносимые нами самими,

Видимым то заставляя считать, что чувствам не видно».

Физик С.Толанский в работе «Оптические иллюзии» в 1967 г. писал: «Иллюзии следовало бы назвать точнее не «оптическими», а «зрительными».

Оптическая иллюзия (зрительная) - это впечатление о видимом предмете или явлении, несоответствующее действительности или оптический обман.

Историю практического использования оптических иллюзий можно проследить от хитрых трюков современных фокусников до древнегреческих архитекторов, которые для исправления иллюзий, возникающих в конструкциях классических храмов, применяли искусные геометрические приемы. Можно с основанием утверждать, что в визуальной оценке какого-либо объекта выделяют три этапа. Сначала этот объект требуется увидеть, затем надо опознать его, и, наконец, может оказаться нужным оценить его размеры по отношению к окружающим предметам. Последняя оценка нередко бывает необходимой. Она часто требуется для определения расстояния до объекта, и от оценки размеров и формы зависит многое, как в научных наблюдениях, так и в искусстве. Во всех этих операциях две стороны. Первую можно назвать оптическим механизмом зрения, а вторая – это психологическое и мысленное истолкование увиденного. На всех этапах – рассматривания, опознания и оценки – несовершенства, как нашего оптического аппарата, так и мысленного восприятия передаваемой в мозг информации могут привести к ложным истолкованиям, которые мы и называем оптическими иллюзиями.

В толковом словаре дано значение слова: Иллюзия (от лат. illūsiō — «заблуждение, обман») — это: обман чувств, нечто кажущееся, то есть искажённое восприятие реально существующего объекта или явления, допускающее неоднозначную интерпретацию вследствие особенностей строения нашего зрительного аппарата. Это неверное представление реальности. Наибольшее их число наблюдается в области зрения- зрительные иллюзии или обманы зрения. Это говорит о том, что иллюзии означают некие сбои в работе зрительной системы.

А вот современные авторы, например, доктор оптометрии Уолтер Дж. Цинн и доктор Герберт Соломон (США) разделили эти понятия: «Оптические иллюзии вызываются каким-либо внешним устройством, обычно оптическим (линзой, зеркалом), а зрительные иллюзии создаются самой зрительной системой». (Приложение№2,3).

Таким образом делаем вывод, что зрительные иллюзии возникают по двум причинам: являются результатом специфической работы глаза и ошибочного преобразования сигнала мозгом. А оптические - при использовании зеркал, линз, луп. Оптика – это раздел физики, изучающий свойства света:

• о световых лучах - основа геометрической оптики.

• Волновая оптика - изучающая явления.

• Квантовая оптика – взаимодействие света с веществом.

С этими темами мы познакомимся в 7 классе на уроках физики. Пример оптической иллюзии мы рассмотрим на примере модели «Перископа» во второй главе. А в теоретической части подробнее рассмотрим зрительные иллюзии.

1.4 Зрительные иллюзии

Зрительные иллюзии делятся на три вида. Характеристика иллюзий представлена в Таблице 1.

· естественные, или созданные природой;

· искусственные, или придуманные человеком;

· смешанные, то есть естественные иллюзии, воссозданные человеком.

Таблица 1.

Разновидности зрительных иллюзий

Вывод: из таблицы мы видим, что зрительных иллюзий бесконечное множество, от самых простых до невероятно сложных. Зрительные иллюзии очень интересный и необычный феномен, с которым может встретиться в жизни любой человек, но при этом не каждый знает и понимает, что с ним происходит.

ГЛАВА 2

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Экскурсия в парк науки «Newtonpark», парк чудес «Галилео» в городе

Екатеринбург, музей «Иллюзий» в городе Москва.

Столкнувшись с оптической иллюзией, наверняка, люди задают себе вопрос, почему же так получается, и пытаются раскрыть тайну этого явления. Я позвала семью в парк чудес «Галилео» и парк науки «Newtonpark».Где с помощью зеркал и света созданы зрительные и оптические иллюзии. В музее «Иллюзий» мы соприкоснулись со смешанной иллюзией, объемными рисунками, нарисованными на ровных стенах. (Приложение №4). Мы увидели, что кажущиеся на первый взгляд необычность, загадочность и фантастичность зрительных иллюзий при внимательном изучении находят свое объяснение при помощи научных знаний человека.

2.2Анкетирование одноклассников

В ходе практической части работы провели занятие по теме «Иллюзии» для пятиклассников. Перед изучением темы одноклассники получили рабочий лист с вопросами. Сначала отвечали на вопросы в разделе «ДО». После изучения нового материала снова отвечали на эти же вопросы в разделе «ПОСЛЕ», сравнивая ответы как думал «ДО» изучения новой темы и как считает «ПОСЛЕ». В анкетировании приняли участие – 28 пятиклассников. Анкета дана в Приложении № 4.

В ходе занятия использовались фигуры для проверки ответов после презентации. (См. Приложение №6). Одноклассники узнали, что причинами образования геометрических иллюзий являются объекты, расположенные рядом; положение самого объекта рядом с другими; состав объекта.

По результатам обработки анкет, мы получили результаты, которые представили в виде диаграммы. (См. Приложение № 5Диаграмма).

В ходе анализа ответов проведенного анкетирования выяснилось, что большая часть одноклассников (75%) не могут обнаружить зрительную иллюзию. Это свидетельствует о том, что тема интересная, актуальная. Только после сравнения и измерения деталей все ребята ответили правильно. Практическая работа вызвала интерес у одноклассников.

2.3 Изготовление модели «Перископ».

Во время посещения парка науки «Newtonpark» нас заинтересовала конструкция из двух прямых труб, не соединенные между собой. Но они находились на одной прямой. Можно было смотреть через них на сквозь. Экскурсовод предложил посмотреть через эти трубы, а сам поставил ладонь между ними. Результат: я не видела ладони. Мы решили повторить модель в домашних условиях и назвали «Перископ». (См. Приложение № 8).

Этапы работы:

1. Нашли схему изготовления.

2. Нарисовали макет.

3. Подобрали материалы.

4. Купили материал в строительном магазине.

• пластиковые трубы диаметром 100мм, разной длины,

• пластиковые углы 90градусов 4шт.

• зеркала .

• клей для зеркал и пластика.

• коробки 3 шт.

5. Подготовили детали:

• нарезали пластиковые трубы нужной длины.

• Зеркала нарезали размером 110*160мм 4шт.

• Разрезали пластиковые углы пополам, по диагонали 45 гр.

6. Собрали модель:

• Соединили пластиковые трубы по схеме.

• Вклеили плоские зеркала в пластиковые углы под углом 45 градусов 4шт угла= 4 шт зеркала.

• Зафиксировали нижнюю часть конструкции (два угла) в основную коробку, которая служит основанием.

• Далее крепили верхнюю часть, которая состоит из двух углов. Выводили уровень горизонта и строгую симметрию.

• Пластиковые углы верхней части конструкции спрятали в коробки.

• Закрепили горизонтальные две пластиковые трубы.

• Конструкция готова для демонстрации иллюзии.

Перископ –это оптический для наблюдения из укрытия. С изобретением зеркала человек открыл новое зеркальное пространство со своими особенностями и законами отражения. Иллюзорные эффекты зеркал используются в измерительных и оптических приборах (телескопах и прожекторах), в сложных технических устройствам, медицинской технике.

Вывод: на гладкой поверхности свет не рассеивается, а отражается, не искажая входящего изображения (угол падения светового луча равен углу отражения); в отражении работает закон перспективы (чем дальше объект, тем он меньше). Одноклассники узнали, где можно в нашем городе окунуться в мир волшебства. После занятия у одноклассников сформировалось понимание и узнавание зрительной иллюзии. Модель перископа вызвала большой интерес.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенной работы цель проекта: «изучить особенности зрения человека и виды иллюзий» была достигнута.

Поставленные задачи были выполнены: на основе научной литературы была изучена и представлена информация о строении оптической системы глаз, функциях человеческого глаза, видах иллюзии. В процессе работы над проектом было проведено анкетирование. Результаты первого анкетирования подтвердили недостаток знаний о зрительных иллюзиях. Результаты повторного анкетирования показали, что работа была проделана не зря, а созданная модель заинтересовала одноклассников.

В результате гипотеза: «видимое не всегда соответствует действительному. «Увидеть – не значит поверить» была проверена и подтверждена.

В перспективе мы планируем развивать данный проект, вызвать интерес к геометрии, физике, психологии, искусству. С началом изучения физики проект открывает возможности не только для исследования, но и для обучения, развлечения, что делает его перспективным и увлекательным.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК.

1. В.П. Александрова, И.В. Болгова « Культура здоровья человека» практикум с основами экологического проектирования. 8 класс. Москва. ООО «ВАКО», 2015

2. И.Д.Зверев «Человек организм и здоровье» пособие для учащихся общеобразовательной школы. Москва, Издательский центр «Вентана-Граф», 2000

3. Под редакцией академика Российской Академии образования А.С.Батуева

«Биология. Человек». 9 класс. Учебник для общеобразовательных учебных заведений. Москва . Издательский дом «Дрофа». 1999

4. Роберт Ротенберг «Расти здоровым» детская энциклопедия здоровья.

Москва; Физкультура и спорт; 1992 г

5. С.Толанский «Оптические иллюзии» Перевод с английского К.А. Любарского Издательство «МИР», Москва, 1967 г.

6. С.Толанский «Революция в оптике» Перевод с английского К.А. Любарского Издательство «МИР», Москва, 1968 г.

7. Я. И. Перельман «Занимательная физика». Книга1

«Издание двадцатое, стереотипное»: «Наука»; Москва; ISBN 1979

8. Я. И. Перельман «Занимательная физика». Книга 2

«Издание двадцатое, стереотипное»: «Наука»; Москва; ISBN 1979

Приложение №1

Рисунок 1

Рисунок 2

Приложение №2

Оптическая иллюзия

Парк чудес «Галилео»

Парк науки «Newton park»

Приложение №3

Зрительная иллюзия

Парк чудес «Галилео».

Музей «Иллюзий» г. Москва

Приложение №4

Анкета:

Приложение № 6

Сравнение фигур из анкеты

Приложение № 7

Материалы:

Процесс:

Приложение № 8

Перископ