Научно исследовательская работа по теме: Оптические иллюзии 10 класс физика

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

Средняя общеобразовательная школа села Соколовка

Научно – исследовательский проект

Тема: «Оптические иллюзии»

Выполнил: Мурашин Б.

Руководитель: Петрова А. В.

Оглавление:

Введение……………………………………………………………..….…..3

1.Теоретическая часть

1.1 Иллюзия и ее разновидности……………………………………….…3

1.2 Оптическая иллюзия............................................................................5

1.3 Кто придумал первую оптическую иллюзию и как её создавал……9

2. Практическая часть ................................................................................10

Заключение .................................................................................................15

Литература.................................................................................................

Введение

Оптические иллюзии встречаются довольно часто. Как в природе: миражи, и естественные очертания ландшафтов в не естественном цвете в разное время суток и при разных погодных условиях, так и искусственно созданные человеком. И я увидел проблему: как это происходит? Почему, например, прямые линии кажутся косыми, а одинаковые отрезки — разными по длине [1]? Поэтому цель моего проекта: выяснить, почему мы воспринимаем изображение не так, как оно есть на самом деле. В этой работе я хочу создать свою иллюзию, чтобы проверить достоверность информации из других источников.

Для выполнения проекта я поставил перед собой несколько задач:

1) Изучить исторический и научный материал об оптических иллюзиях.

2) Сравнить информацию, как оптические иллюзии влияют на наше восприятие, из литературных источников и проведя опрос среди сверстников.

3) Создать свою иллюзию.

4) Обобщить изученный в ходе работы материал и сформулировать вывод.

Некоторые виды оптических иллюзий.

Изучая данный вопрос в энциклопедической литературе и в Интернет-сети, я выяснила, что в переводе с латыни слово "иллюзия" означает "ошибка, заблуждение". Это говорит о том, что иллюзии с давних времен означает некие сбои в работе зрительной системы. Во второй половине 19 - начале 20 веков было создано множество тестовых изображений, которые говорят об ошибках того что мы на них видим. ОПТИЧЕСКАЯ ИЛЛЮЗИЯ-это впечатление о видимом предмете или явлении, несоответствующее действительности, т.е. оптический обман.

Оптические иллюзии делятся на три вида:

· естественные, или созданные природой;

· искусственные, или придуманные человеком;

· смешанные, то есть естественные иллюзии, воссозданные человеком.

Виды оптических иллюзий:

Естественные оптические иллюзии

Миражи

Мираж – это игра световых лучей. Слово “мираж” происходит от

французского слова и обозначает “отражать, как в зеркале”, причем в роли

“зеркала” выступает… воздух. Миражи принято делить на три класса.

К первому классу относят нижние миражи – перевернутое изображение

предметов. Оказывается, 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. Они менее распространены и более живописны, чем нижние. Верхний мираж возникает, 6когда слои воздуха возле земли гораздо холоднее, чем верхние: изображение отрывается от земли и повисает в воздухе, иногда оно бывает перевернутым.Верхний мираж может описать дугу и вернуться на землю через сотни километров.(Над морем создаются идеальные условия для образования верхнего миража. Поэтому моряки часто видят корабли, повисшие в воздухе, и даже корабли, находящиеся далеко за горизонтом. Существуют еще боковые миражи. Они похожи на нижние, только в

этом случае все отражается не от земли, а от нагретой солнечными лучами

стены. Миражи третьего класса или фата-моргана – это таинственное явление,

которое нельзя объяснить никакими законами физики.

Тысячи туристов и жителей восточно-китайского города Пенглайв

2006 году стали свидетелями редкого явления - огромного миража

Туман, нависавший над берегом, создал иллюзию изображения города с

современными высотными зданиями, широкими городскими улицами, 7

шумными автомобилями и толпами людей, которые были четко видны.

Мираж длился несколько часов, а до его появления 2 дня шли проливные

дожди. Одним из лучших мест в мире для наблюдения миражей является

Аляска. Чем злее стужа на Аляске, тем четче и красивее возникают в небесах

Слепое пятно

В процессе исследования я узнала удивительные особенности строения нашего глаза. Так, например, существует слепое пятно глаза, открытое французским физиком Мариоттом в 1668г. Слепое пятно – это место сетчатки, где зрительный нерв, вступает в глазное яблоко. Известен рисунок Мариотта для нахождения слепого пятна. Если смотреть на крестик правым глазом (левый глаз должен быть закрыт), приближая или отдаляя рисунок от глаза, наступает момент, когда черный кружок не виден. Получается, что из-за слепого пятна я должен видеть окружающий мир с пробелами? Оказывается, нет! У нас два глаза, поэтому, когда изображение попадает в зону слепого пятна одного глаза, второй глаз видит все подробности.

Рассмотрим, как устроено наше зрение. Луч света, отражаясь от какого-

нибудь предмета, попадает на роговицу и проходит через зрачок. За зрачком

располагается хрусталик, похожий на прозрачную линзу, который 8

преломляет свет и фокусирует его на сетчатке. Дальше зрительный нерв

передает сигнал в затылочную долю головного мозга и человек видит

изображение. Это значит, зрение контролирует не только глаз, но и мозг.

Поэтому когда говорят об «обмане зрения» правильнее было бы

сказать, что на самом деле нас обманывает наш собственный мозг, когда

анализирует увиденное.

На этом этапе исследования я сделал для себя еще одно открытие -

человек-невидимка из романа английского писателя Герберта Уэллса не мог

видеть! У него прозрачны и зрачок, и хрусталик, поэтому лучи через глаза

невидимого человека проходят без препятствий и не могут собраться в одну

точку, чтобы создать образ на сетчатке. Таким образом, человек – невидимка

должен быть слеп.

Иллюзия восприятия размера

Одной из самых известных иллюзий восприятия размера является иллюзия Мюллера-Лайера. Посмотрев на этот рисунок, многие скажут, что отрезок со стрелками наружу длиннее отрезка со стрелками, направленными внутрь. На самом деле отрезки равны.

Два совершенно равных кружка в середине воспринимаются как разные по величине в зависимости от того, окружают ли их большие или меньшие кружки.

Иллюзия с кружками объясняется действием закона контраста, предмет будет казаться больше своей реальной величины на фоне мелких предметов, и наоборот.

Еще один пример такого вида иллюзии – иллюзия Понцо. Всем очевидно, что дальний отрезок гораздо больше ближнего. Однако, и в этом случае они равны. Иллюзия создается из-за ошибки нашего мозга, потому что он привык, что, чем дальше предмет, тем он меньше.

Искажение формы предметов .

Параллельные линии будут восприниматься как непараллельные, если их рассматривать на фоне взаимно пересекающихся косых линий. Круг теряет свою правильную форму, если его рассматривать на фоне кривых линий.

Этот вид иллюзий находит свое объяснение в том, что резко выраженные особенности фона влияют на восприятие расположенных, на этом фоне предметов.

Переоценка вертикальных линий. Из двух линий одинакового размера вертикальная всегда воспринимается зрительно, как значительно большая по сравнению с горизонтальной. В связи с этой иллюзией высота предметов кажется нам больше ее действительной величины. (Женщина справа кажется ниже и толще).

Движущиеся иллюзии.

Неподвижное изображение кажется движущимся. Одно и то же вращающееся изображение может вращаться в разные стороны.

Геометрические иллюзии создают огромные возможности для художников, фотографов, модельеров. Однако инженерам и математикам приходится быть осторожными с чертежами и подкреплять «очевидное».

Иллюзия восприятия цвета

Важнейшим свойством нашего глаза является его способность различать цвета. Но и здесь иллюзиям удалось меня обмануть. На рисунке среди полос синего и желтого цвета я увидел два оттенка красного и два оттенка зеленого цвета, хотя реально есть только один красный и одинзеленый цвет. Ошибка возникла из-за яркости фона и цвета окружающих предметов.

В решетке Геринга на пересечении белых полос, за исключением того пересечения, на котором я фиксировал взгляд, были видны маленькие серые пятна. Получается, можно увидеть то, чего нет!?

Иллюзия движения

Иллюзии движения - самые впечатляющие и самые труднообъяснимые. Смотришь на неподвижные объекты, а они начинают двигаться. Одно и то же вращающееся изображение может вращаться в разные стороны. Большинство иллюзий движения построены на регулярном повторе разных по яркости или цвету фрагментов. Ведущую роль в иллюзии движения играет периферическое зрение. Попробуйте поднести палец к виску. Вы не будете его видеть. Но стоит пошевелить пальцем, и движение будет замечено, хотя зрительная система и не сможет распознать, что же там мелькает. Известный создатель иллюзий движения А.Китаока проводил исследования и выяснил интересные факты. Оказывается, некоторые люди иллюзию движения увидеть не могут (по некоторым оценкам, их около 5%).

Другой факт не менее интересен: пожилые люди чаще, чем молодые не видят движение.

Искусственные иллюзии

Двойственные изображения

Двойственные изображения - это изображения, в которых человек выделяет для себя либо фон, либо фигуру в зависимости от его восприятия картинки.

Изображения – перевёртыши

Как ни крути, как не переворачивай изображения-перевертыши, а картинки местами не меняются.

Невозможные фигуры и объекты

Существует огромный класс так называемых "невозможных фигур", ошибочно или умышленно нарисованных с ошибками, в результате чего возникают забавные визуальные эффекты.

Распознавание образов

Иллюзии распознавания образов характеризуются тем, что порой на изображении очень сложно определить то, что на нём изображено.

Иногда сам основной рисунок не позволяет увидеть дополнительное изображение, иными словами не позволяет распознать образ. Если же всё-таки изображение распознано, при последующих просмотрах картинок его уже можно увидеть без труда.

Смешанные иллюзии

Это, пожалуй, самый большой раздел иллюзий. Он 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!

Применение оптических иллюзий

Оптические иллюзии не новы в архитектуре. Архитекторы Древнего Рима имели знания по оптике, которых было вполне достаточно, чтобы создавать великолепные оптические иллюзии на полах в технике мозаики.

В Одессе есть очень популярная достопримечательность «Ведьмин дом». Оптическая иллюзияплоского дома создается благодаря тому, что боковые стены дома построены под острым углом. Рассматривая дом таможни в Австралии, кажется, что этажи то расширяются, то сужаются, хотя каждый этаж дома одинаковой высоты.

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 (полосы, стрелки на брюках, длинные шарфы, высокие каблуки) визуально стройнят и увеличивают рост. Контрастные вертикальные полосы, идущие по внешним бокам одежды, делают силуэт приталенным. Горизонтальные же линии (швы, карманы, оборки, ремешки на обуви) полнят. Клетка увеличивает объём, 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.

Экспериментальные исследования восприятия иллюзий

Я привел примеры несколько видов оптических иллюзий. Следующим шагом является небольшой эксперимент с участием учащихся нашей школы.

Для выполнения практической части я выбрал оптическую иллюзию, составил несколько вопросов по ней и провел опрос. Вот какой результат я получил:

1. Что вы видите на этой картинке?

2.Вам это кажется или это на самом деле так?

3.Как вы думаете почему это происходит?

В результате опроса я сделал вывод:

1. почти все ребята знают, что такое оптическая иллюзия,

2. но мало кто знает, как воспринимает их человек.

Я попытался создать свою иллюзию, за пример я взял иллюзию изменения длины. С нескольких попыток я получил вот такое изображение.

.

В этом же опросе я предложил ребятам ее и задал вопрос: как вы считаете, какая из этих 2-х линий больше?

В результате большинство ответило, что линии обе одинаковые. Я думаю, что это те, кто понял, что это иллюзия. На втором месте по числу те, кто ответили первая линия. Думаю, это те, кто не правильно понял вопрос. Потому что вопрос был не корректно составлен. Нужно было употребить слово длиннее. На третьем месте, ответ соответствующий особенностям восприятия иллюзии. Следовательно, можно сделать вывод: оптическую иллюзию создать возможно самому, только нужны более точные и ровные линии. Для этого необходимо понимать перспективу, пространственную геометрию и особенности восприятия человеком изображения.

3.3.1. Иллюзия пересечения.

Вновь обратимся к картинке, на которой изображены горизонтальная и вертикальная линии (рис.1). Как было замечено - горизонтальная линия кажется гораздо короче вертикальной, если не прибегать к помощи измерительных инструментов. Одной из причин такой ошибки является пересекающая вертикальная линия. Причина нашей ошибки в том, что у человека есть бинокулярное зрение - серединка от общей картины, воспринимаемой глазами; по мере удаления от середины взгляда зрение перестает быть таким же четким, как в радиусе бинокулярного. Поэтому взгляд человека «приковывается» к пересекающей линии, а то, что левее и правее падает за радиус наиболее четкого зрения. Горизонталь поделена надвое, поэтому и кажется меньше, попадая в слабые фланги рисунка.

В результате получаются очень большие ошибки, но утешает одно - они возникают лишь тогда, когда экспериментатор довольствуется только оценкой на глаз, не прибегал к помощи масштабной линейки.

3.3.2. Иллюзия «продолжения-обрыва».

Рис.14

Иллюзия, которую вы сейчас наблюдаете (рис. 14) известна вот уже более ста лет. К концам двух равных по длине линий пририсованы стрелки, к одной - расходящиеся в разные стороны, к другой - сходящиеся навстречу друг другу. Правая линия кажется короче левой. Наиболее ярко такая иллюзия проявляется, если стрелки делят точно пополам, но нижняя кажется намного длиннее верхней. После того, как наблюдатель нарисовал «действительно равные» линии, то несоответствие с реальностью составило 33%. Все дело в том, что стрелки направления служат в одном случае как ложное удлинение, а в другом - укорачиванием. Стрелки, направленные навстречу друг другу, являются «продолжением» вертикальной линии, а стрелки, идущие в разных направлениях, наоборот - «ограничителями» длины.

3.3.3. Иллюзия искривления.

С искривлением прямых существует множество всевозможных иллюзий. На этой картинке (рис.15) из-за заднего плана создается впечатление, что эти линии вовсе не параллельные линии, а дуги.

Рис.15

В данном случае визуальное искривление связано в первую очередь с задним планом. Дело в том, что, если вы заметили, на первый план как бы выходят не две линии, а пятно с исходящими от него лучами. Пятно «приковывает» бинокулярное зрение, и две линии выходят за его пределы. У глаз есть еще одно очень интересное свойство: прямые линии под пестротой цветов становятся дугообразными. Обратите внимание на эту картинку: на ней через каждую вертикальную кривую изображена прямая, но под действием черных и белых зигзагов и чередованием кривых и прямых, кажется, что здесь-то прямого ничего нет.

Известно, что черные и белые цвета могут вызывать у человека множество иллюзий - так устроена сетчатка. Поэтому существует множество способов игры со слабостями зрения. На этой картинке (рис.16) создается впечатление искривленных горизонтальных линий потому, что смещены между собой черные и белые квадратики.

На самом деле горизонтальные линии параллельны.

3.3.4. Иррадиация.

Уже более века известно, что на сетчатке глаза возникает изображение, состоящее из светлых и темных областей, свет от ярко освещенных участков как бы перетекает на темные участки. Это называется иррадиацией. Наблюдать такое последствие контраста можно на этом рисунке 17.

На пересечении белых линий, между черными квадратами образуются так называемые вспышки серого цвета.

Темные предметы всегда кажутся меньшими светлых предметов того же размера. Если рассматривать одновременно черный круг и белую окружность одинаковых размеров на светлом фоне, то площадь окружности будет нам казаться на 20% больше площади круга.

В темной одежде люди кажутся тоньше, чем в светлой. Солнце на закате образует «выемку» в линии горизонта.

Иррадиация зависит только от несовершенства нашего зрительного аппарата.

3.3.5. Внешнее давление на размеры предмета.

У человеческого мозга есть одно потрясающее свойство сравнения. Так, говоря о величине слона, мы мысленно сравниваем его с другими объектами, и он кажется нам гигантским. Но мало кто из людей видел синего кита в полный размер. Но, если сравнивать синего кита со слоном, то слон покажется глазу величиной с собаку. Этим объясняется еще один тип зрительных иллюзий.

Посмотрите на эти кружки (рис.19). Вам ясно видно, что правый кружок заметно меньше левого, но на самом деле это не так.

Оба кружка по размеру одинаковы. И виною этой иллюзии является все то же сравнение. Левый объект окружают круги большего диаметра, чем левого и из-за этого создается впечатление, что правый кружок больше. В реальной жизни ребенку воспитатель в детском саду кажется гигантом, но дети растут и, когда ребенок станет такого же роста, как и воспитатель, он перестанет ему казаться таким.

У треугольника (рис.20) в этом параллелограмме стороны АВ и АС равны, хотя под действием внешних объектов создается впечатление, что АВ длиннее.

Заключение.

В этой работе были рассмотрены и изучены особенности зрительного аппарата, благодаря которым возникают оптические иллюзии, с точки зрения физики, биологии и психологии. Были найдены и прочитаны статьи на эту тему. В работе были сделаны попытки классифицировать на несколько основных типов оптические иллюзии. Было выяснено, что виною их возникновения являются не только особенности глаза, но и головного мозга. Поэтому эту проблему нельзя изучать однобоко, пользуясь лишь физикой.

Хочется напомнить еще раз: искажения зрения, о которых было написано выше, присуще каждому из нас. Поэтому ошибки, связанные с ними присущи как простым смертным, так и профессионалам-художникам, архитекторам и многим другим. Помните: наши глазомерные оценки геометрических величин находятся в непосредственной зависимости, как от физических параметров, так и от психологических особенностей.

Даже в самых серьезных научных работах и проектах можно допустить ошибку, которая может привести к ужасным последствиям, пользуясь даже в малой доле оценкой на глаз.

Научная литература.

1. Аксенова М., Измайлова С. Энциклопедия для детей. Том Биология. М.,

«Аванта+» 1994. с.29.

2. Перельман Я.И. Занимательная механика. 1979, с.123.

3. Перельман Я.И. Занимательная физика. М. 1981, с.73.

4. Иванов П.С. Журнал «Наука и жизнь». М. 1989, № 4, с.116.

5. Трайтака Д.И. Биология. Справочные материалы. М., «Просвещение» 1994,

6. Рассел К., Картер Ф. Улучши свой интеллект. Минск, «Попурри» 1996, с.45.

Заключение

В результате исследования литературы по данному вопросу я сделал выяснил, что некоторые зрительные образы – это на самом деле иллюзия, которая воспринимается нами в силу наших особенностей восприятия. В результате выполнения практической части я сделал вывод: почти все ребята знают, что такое оптическая иллюзия, но мало кто знает, как воспринимает их человек. На своем опыте при создании иллюзии я еще раз в этом убедился. Выполнив проект, могу сказать, что цель выяснить, почему мы воспринимаем эти изображения не так, как они есть на самом деле, достигнута, задачи выполнены. Меня очень заинтересовала эта тема, потому что оптические иллюзии привлекают внимание, включают воображение. Сама иллюзия эта как фокус, её можно разгадать, а можно так никогда и не узнать её секрет. В дальнейшем я бы хотел продолжить изучать и создавать свои иллюзии!