XXI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Оптические иллюзии
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
С давних пор люди не только поражаются обманам зрения и забавляются зрительными иллюзиями, но и сознательно используют их в своей практической деятельности, пытаясь изобразить объёмные тела на плоскости так, чтобы чувствовалась глубина пространства. Часто то, что мы видим обманчиво, и многое оказывается совсем не тем, чем кажется на первый взгляд. Даже самые простые вещи могут таить в себе неожиданные открытия, нужно только присмотреться. Выражение «обман зрения», в жизни встречается очень часто. Мы говорим: «Я не поверю, пока не увижу собственными глазами». Однако наш глаз не точный прибор в мире, поэтому и ему свойственно ошибаться. Эти ошибки называют оптическими иллюзиями. Попросту говоря – это неверное представление реальности. Изучением причин возникновения иллюзий ученые занимаются около 150 лет. Но многое остается не понятным и актуальным до сих пор.
Цель проекта – узнать, что такое оптические иллюзии, понять основные принципы их возникновения.
Задачи:
- Определить виды оптических иллюзий.
- Экспериментальным путём исследовать иллюзию зрительного восприятия.
- Попытаться самостоятельно создать оптическую иллюзию.
Проблема исследования – состоит в том, стоит ли доверять всему, что мы видим? Можно ли увидеть то, что никто не видел? Правда ли, что неподвижные предметы могут двигаться?
Объект исследования – оптические иллюзии.
Гипотеза: ученики младших классов понимают природу простейших зрительных иллюзий и могут их объяснить
Актуальность темы: больше всего сведений об окружающем мире человек получает с помощью зрения.
Глава 1 Теоретическая часть
1.1 Что такое «иллюзия»?
Слово иллюзия от латинского языка – заблуждение, обман. Искаженное восприятие и представление действительности, основанное на обмане чувств, принятие кажущегося за действительное.
Оптические или зрительные иллюзии – это ошибка в зрительном восприятии, вызванная неточностью зрительного образа. И действительно, еще с древних времен известно свойство нашей психики зачастую искаженно воспринимать внешний мир. Визуальные парадоксы и каламбуры уже не первое столетие очаровывают и захватывают людей, уводя в мир игры. Исследования феномена оптических иллюзий началось еще в конце XIX века, но до сих пор профессионалы не могут объяснить, как многие из них "работают".
Отдельные примеры иллюзорного восприятия можно встретить уже у античных авторов: в научных трактатах греческого философа Аристотеля, римского архитектора Витувия. Поэт и философ Тит Лукреций Кар, отмечая относительность нашего зрительного восприятия, писал: «Наши глаза познавать не умеют природу предметов. А потому не навязывай им заблуждение рассудка».
Во второй половине 19 — начале 20 веков было создано множество тестовых изображений, демонстрирующих наличие значительных ошибок в оценке размеров и формы геометрических фигур. В основе этих зрительных иллюзий лежит то обстоятельство, что на формирование видимого образа данного объекта всегда в большей или меньшей мере влияют объекты, располагающиеся по соседству с ним в поле зрения. Иными словами, наше зрительное впечатление о величине и форме объекта зависит от контекста, в котором он рассматривается. Это свойство нашего зрения было замечено очень давно. В частности, было обнаружено, что на воспринимаемую длину, кривизну и ориентацию линий большое влияние оказывают размеры фигур, в которые они включены, а также наличие прилегающих или пересекающих линий.
Изучив литературу, я выяснила, что человек видит таким образом (см. Приложение 1):
1. Свет проходит сквозь роговицу и зрачок к хрусталику
2. Затем проходит через хрусталик и попадает 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.
Человек воспринимает большую часть информации об окружающем мире благодаря зрению. Но мало кто задумывается, как это происходит:
Во-первых: Изображение на сетчатке перевернуто.
Во-вторых: Из-за несовершенных оптических свойств глаза картинка на сетчатке размазана.
В-третьих: Глаз совершает постоянные движения, поэтому изображение находится в постоянной динамике.
В-четвертых: Глаз моргает приблизительно 15 раз в минуту, это значит, изображение перестаёт проецироваться (передаваться) на сетчатку.
Выделяются три основные 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 опять же приводит к ошибочному восприятию;
3) мозг не всегда правильно реагирует на сигналы, приходящие от глаз.
Часто оптические иллюзии возникают сразу по двум причинам: являются результатом специфической работы глаза и ошибочного преобразования сигнала мозгом.
Некоторые зрительные обманы давно уже имеют научное объяснение, другие до сих пор остаются загадкой.
1.2 Классификация иллюзий
Все оптические иллюзии в зависимости от их происхождения можно разделить на 3 вида: естественные, искусственные, смешанные (см. Приложение 2).
1.2.1 Естественные оптические иллюзии
Созданные самой матушкой природой (мираж, северное сияние, радуга и т.д). Например: радуга возникает из-за того, что солнечный свет преломляется и отражается капельками воды (дождя или тумана), парящими в атмосфере. Эти капельки по-разному отклоняют свет разных цветов.
Простые иллюзии
К простым иллюзиям относят оптические иллюзии, возникающие вследствие несовершенства глаза как оптического прибора (кажущаяся лучистая структура ярких маленьких источников света, например звёзд; радужная кромка; оптические иллюзии вследствие преломления света и т.д.). Их объяснение возможно на основе законов физики (см. Приложение 3).
Иллюзии зрительных искажений
Разнообразны иллюзии, относящиеся к восприятию направлений линий. Длинные, косо направленные прямые линии на рисунке кажутся расходящимися в разные стороны. На самом деле они параллельны друг другу. Это иллюзии зрительных искажений (см. Приложение 4).
Обманы зрения
Иллюзии оптические имеют очень большое значение в области изобразительных искусств, где умелое их использование расширяет возможность художника или архитектора. Прекрасный горный пейзаж. Поверните картинку вправо: теперь перед вами молящиеся мать и сын (см. Приложение 5)
1.2.2 Искусственные иллюзии
Перевертыши
Не менее удивительны картинки – перевертыши, переверни картинку и получишь совершенно иное изображение — утка и заяц (см. Приложение 6).
Спираль «Фрэйзера»
- одна из наиболее известных оптических иллюзий, известных человеку. Как видите, то, что на первый взгляд кажется спиралями, на самом деле является идеальными кругами (см. Приложение 7).
Иллюзии движения
Если человек, сидя в вагоне поезда, фиксирует взгляд на пейзаже за окном, ему кажется, что объекты, находящиеся ближе точки фиксации, движутся на него, причем настолько быстро, что ему порой не удается различить детали. А предметы, расположенные на заднем плане, т.е. за точкой фиксации, движутся вместе с наблюдателем достаточно медленно. Это явление называется двигательным параллаксом (см. Приложение 8).
1.2.3 Смешанные иллюзии
Этот раздел включает в себя и известные иллюзионные картинки, различные модели, и естественно этот “обман” создается человеком. Ярким примером смешанной оптической иллюзии являются потрясающие рисунки на асфальте, которые под определенным углом просмотра смотрятся очень эффектно (см. Приложение 9).
1.3 Применение оптических иллюзий
Уже тысячи лет зрительные иллюзии целенаправленно используются в архитектуре для создания определенных пространственных впечатлений, например, для кажущегося увеличения высоты и площади залов. Еще более эффективно зрительные иллюзии используются в изобразительном искусстве. Зрительные иллюзии стали основой кинематографии и телевидения, учитываются в полиграфии и в военном деле.
Иллюзии в цирке создаются за счет использования специальной техники — двойное дно, специальные пружины, скрытые перегородки, определенная установка зеркал. Хитроумные аппараты осуществляют всевозможные «загадочные» исчезновения и появления вещей и людей, служат для парения предметов и людей в воздухе, распиливания их или сжигания.
Модный мир — мир зрительных иллюзий. В истории костюма можно проследить, как «сужали» талию с помощью очень широких юбок, делали ноги длиннее с помощью завышенной линии талии. Вертикальные линии и детали одежды (полоски, стрелки на брюках, длинные шарфы, высокие каблуки) визуально стройнят и увеличивают рост. Горизонтальные же линии (швы, карманы, оборки, ремешки на обуви) полнят. Клетка увеличивает объем, а круги придают формам округлость. Костюм в одном цвете даёт видимость высокого роста, выглядит более изысканно и элегантно, а одежда с яркими цветовыми пятнами полнит.
Глава 2 Практическая часть
2.1 Создание оптических иллюзий
Опыт 1 «Лопатка»
Для эксперимента мы взяли вазу с водой, и, опустили туда лопатку. Мы увидели, что лопатка стала больше.
Опыт с лопаткой, явился наглядным примером тому, что не всегда надо верить своим глазам. Мы видим лопатку, которая увеличилась при погружении в воду, но в действительности она сохранила исходные размеры. Объекты в воде, видимые через плоскую поверхность, действительно кажутся увеличенными, когда глаз находится близко к поверхности. Ваза с водой действует, как увеличительное стекло.
Опыт 2 «Два цвета»
Для опыта нам понадобится ваза с водой, скотч и цветной картон. Склеила скотчем два картонных прямоугольника желтого и зеленого цвета. Затем получившийся двухцветный картон расположила за вазой с водой. И я увидела, что цвета на картоне поменялись местам.
Свет проходит последовательно через воздух, стекло, воду, стекло, и снова воздух. Каждый раз, когда свет проходит из одной среды в другую — он преломляется. Такое явление называется рефракция. Именно она и обеспечивает нам несложную в создании, но такую наглядную оптическую иллюзию.
Опыт 3«Куб»
Вырезала из бумаги квадрат, разделила его на 4 части. Нарисовала в трех квадратах точки, чтоб было похоже на игральные кости. А четвертый разрезала по диагонали и сложила. Получился куб наоборот. Если куб вращать, то получится необычный эффект – будто куб смотрит на нас и он объемный.
Опыт 4«Фотографии»
Д
ля эксперимента распечатала фотопортреты. Вырезала части лиц, потом на эти же портреты наложила эти же части лиц, но только в перевернутом виде. Теперь если смотреть сверху на фотографии, то вроде ничего необычного — простое лицо.
Н
о если перевернуть, то оно уже таким простым не кажется. Это наш мозг обманывает нас, ведь он не привык видеть людей в перевернутом состоянии.
Опыт 5 «Анимированные оптические иллюзии»
Для анимированной оптической иллюзии распечатала шаблоны-рисунки и вырезала черную решетку. Если медленно передвигать решетку по рисунку, то рисунок оживает. Принцип иллюзии основан на том, что мы видим только одну линию из четырех. То есть каждая четвертая линия является частью одного и того же кадра.
2.2 Эксперимент с одноклассниками
Провела небольшой эксперимент с участием некоторых учащихся нашего 4-1 класса. Поддадутся ли они иллюзиям зрительного восприятия? По очереди показала каждому оптические иллюзии и попросила их ответить на вопросы. В эксперименте приняли участие 16 учащихся 4-1 класса.
1 рисунок: Какой из кругов, расположенный посередине больше?
А) Левый больше; Б) Правый больше; В) Круги одинаковые
|
Варианты ответов |
Количество |
|
А |
15 |
|
Б |
0 |
|
В (верно) |
1 |
2 рисунок: Какой из отрезков длиннее. Голубой или красный?
А) Голубой длиннее; Б) Красный длиннее; В) Отрезки равны
|
Варианты ответов |
Количество |
|
А |
11 |
|
Б |
1 |
|
В (верно) |
4 |
Вывод:
Я провела эксперимент восприятия иллюзий учащихся нашего 4-1 класса. Эксперимент показал, что мы не всегда видим то, что есть на самом деле. Объекты и явления, которые мы видим, не всегда соответствуют реальности и являются правдой. Проведенный анализ учит нас, что не всегда следует ограничиваться только оценкой на глаз, а следует подключать логику и производить измерения.
Заключение
Итак, исследование оптических иллюзий подошло к концу и можно сделать вывод, что иллюзия – это не чудо, а наука. Практически в основе всех иллюзий лежат обычные природные явления.
Тот факт, что не все иллюзии на сегодняшний день имеют свое научное объяснение, возможно, говорит о том, что недостаточно изучено зрение человека.
Полученные в процессе исследования знания и накопленные факты позволили научиться создавать оптические иллюзии и управлять ими. Было бы интересно сделать в классе «Уголок иллюзий», где ребята знакомились бы с основами физики, проводили разные эксперименты и исследования, приносили и демонстрировали свои изобретения. На сегодняшний день в изучении иллюзий осталось еще немало тайн, которые ждут своих открытий
Подобные знания могут существенно облегчить жизнь, избавив от неприятностей, связанных со зрительными обманами. Помогут лучше понимать некоторые природные явления, устройства некоторых предметов.
Не стоит забывать, что оптические иллюзии сопровождают нас в течение всей жизни.
Список используемой литературы:
1. И.Д. Артамонов, Иллюзии зрения, изд.3 – М., Наука, 1969
2. П. Дёмин Физические эксперименты и психологические иллюзии. - М., 2006.
3. В.Г. Крысько "Психология и педагогика в схемах и таблицах" Мн.: Харвест, 1999.
4. Я.И. Перельман. Занимательная физика. – М., АСТ, 2010
5. О. Рутерсвард. Невозможные фигуры (перевод со шведского).— М., Стройиздат, 1990.
6. Х. Шиффман. Чувство и восприятие. - СПб., 2003.
7. http://psy.msu.ru/illusion/ - официальный сайт психологического факультета МГУ им. М. Ломоносова (иллюстрации).
Приложение 1
Приложение 2
Естественные
Искусственные
Смешанные
Приложение 3
Приложение 4
Приложение 5
Приложение 6
Приложение 7
Приложение 8
Приложение 9