Проект по физике "Иллюзия, мираж или парадоксы зрения "

Индивидуальный проект

учащихся 7-ых классов

Муниципальное казенное общеобразовательное учреждение

«Основная общеобразовательная школа № 28»

Творческий проект по физике

«Иллюзия, мираж или парадоксы зрения»

Автор: Чушко Артем,

7б класса, МКОУ «ООШ № 28»

Наставник:

Фомина Анна Юрьевна,

учитель физики,

МКОУ «ООШ № 28»

Миасский городской округ

2020

Содержание

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

ГЛАВА 1. Оптические иллюзии ………….………………………………………………….5

1.1.Что такое оптические иллюзии……………………………………………………………5

1.1.1. Природа зрительных иллюзий………………………………………………………….6

1.1.2. Восприятие размера……………………………………………………………………..7

1.1.3.Иллюзия восприятие цвета………………………………………………………………9

1.1.4. Иллюзия восприятие глубины…………………………………………………………..9

1.1.5. Движущаяся иллюзия…………………………………………………………………..10

1.1.6. Иллюзия в природе …………………………………………………………………….11

1.2. Астигматизм……………………………..………………………………………………..12

1.3. Мираж…………………….……………………………………………………………….12

1.3.1. Нижние миражи. ……………………………………………………………………….13

1.3.2. Верхние миражи……………….………………………………………………………..13

1.3.3. Боковой мираж……………………. …………………………………………………...14

1.3.4. Фата - моргана…………………………………………………………………………..14

ГЛАВА 2. Парадоксы зрения…………………………………………………………….....15

2.1.Иррадация……………………..……………………………………………………...........15ГЛАВА 3. Опыты, анкетирование …………..…………………………………………….17

Опыты, анкетирование…………….………………………………………………………….18

Заключение……………………………………………………………………………………20

Литература…………………………………………………………………………………….22

Приложение …………………………………………………………………………………..23

Введение

«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. Известно, что 90% всей информации человек получает благодаря зрению. Существует поговорка: «Лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать». Но всегда ли мы можем доверять своему зрению? Наше восприятие обманчиво, и многое оказывается совсем не тем, чем кажется на первый взгляд. Даже самые простые вещи могут таить в себе самые неожиданные открытия, нужно только присмотреться. Так стоит ли доверять всему, что мы видим?

В век информационных технологий зрительные иллюзии широко применяются в искусстве и в архитектуре. Издавна людей интриговали оптические явления, за которыми они наблюдали, но не могли объяснить. В работе проанализированы известные оптические «обманы», рассмотрены примеры оптических явлений. [1]

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, миражей, выяснение причин их появления, наблюдение иллюзий, создание собственной иллюзии.

Задачи исследования:

1. Изучить теоретический материал по данной теме;

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

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

4. Изучить понятие миража как одного из оптических явлений;

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

Методы исследования:

- анализ источников информации;

- проведения опытов;

- обобщение полученных знаний.

Продукт исследования: презентация.

Глава 1. Оптические иллюзии

1. Что такое «Иллюзия»?

Иллюзия - это искаженное, неадекватное отражение свойств воспринимаемого объекта. Слово происходит от латинского слова «illusio» - заблуждение, обман.

1. иллюзии как следствие несовершенства органов чувств; свойственны всем людям (напр., оптические иллюзии).

2. Иллюзии, обусловленные особым состоянием психики (напр., страхом, снижением тонуса психической деятельности); наличие ложно воспринимаемого реального объекта отличает иллюзии от галлюцинаций (обман чувств, ложное восприятие, возникающее без соответствующего внешнего раздражения, воспринимаются как реальные явления, но возможно и критическое отношение к ним).

3. Ложные представления, связанные с определенными социальными установками индивида.

4. Несбыточные надежды.

5. (более узко — зрительные иллюзии) — ошибки в зрительном восприятии, вызванные неточностью или неадекватностью процессов неосознаваемой коррекции зрительного образа (лунная иллюзия, неверная оценка длины отрезков, величины углов или цвета изображённого объекта, иллюзии движения, «иллюзия отсутствия объекта» — баннерная слепота, и др.), а также физическими причинами («сплюснутая Луна», «сломанная ложка» в стакане с водой). Причины оптических иллюзий исследуют как при рассмотрении физиологии зрения, так и в рамках изучения психологии зрительного восприятия.

6. Оптические иллюзии показывают, что не всегда можно верить тому, что видишь. Многие полагают, что реально только то, что у них перед глазами. Оптические иллюзии отражают наличие неочевидного в жизни — иллюзорный феномен.

7. Игры с оптическими иллюзиями помогают изменять сознание. Мы хитростью заманиваем мозг на новые уровни восприятия. Мы начинаем видеть то, чего нет.

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]

1. Природа зрительных иллюзий

Зрительные иллюзии связаны с некоторыми ограничениями и погрешностями процесса переработки информации в зрительной системе. Действительно, при рассматривании определенных объектов в специфическом окружении или в особых условиях наблюдения человек зачастую не вполне правильно оценивает размер, форму или цвет объектов, характер их движения, условия освещения и т. д. Часто «ошибочные» видимые образы очень убедительны, и человек, как правило, не может их «откорректировать» по своему желанию, даже если прекрасно осведомлен о том, что он должен был бы видеть, если бы зрение его не обманывало. Кроме того, к разряду зрительных иллюзий относят не только систематические ошибки восприятия, но и множество изобретенных людьми впечатляющих зрительных эффектов, в основе которых лежат фундаментальные свойства зрительных механизмов, а не их недостатки. [5]

История изучения зрительных иллюзий

Систематическое изучение зрительных иллюзий началось примерно с середины 19 века. 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. Многие из придуманных в то время геометрических зрительных иллюзий стали классическими.

Происхождение оптических иллюзий

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.

Причины иллюзий:
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 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.

Виды оптических иллюзий

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.

Виды иллюзий

• зрительное искажение;

• иллюзии цвета и контраста;

• восприятие размера;

• иллюзия движения;

• двойственные изображение;

• невозможные фигуры;

• распознавание образа;

• соотношение фигур и фона;

• перевёрнутые картины.

Иллюзии

Физические иллюзии вызываются физическими причинами («сплюснутое Солнце», «сломанная ложка» в стакане с водой).

Некоторые оптические иллюзии изучались в рамках гештальтпсихологии(основана на психических явлениях). В художественных изображениях намеренное искажение перспективы вызывает особые эффекты, лучше всего известные по работам Мориса Эшера.

1.1.2. Восприятие размера

Иллюзии часто приводят к совершенно неверным количественным оценкам реальных геометрических величин. Оказывается, что можно ошибиться на 25 % и больше, если глазомерные оценки не проверить линейкой.

Глазомерные оценки геометрических реальных величин очень сильно зависят от характера фона изображения. Это относится к длинам (иллюзия Понцо), площадям, радиусам кривизны. Можно показать также, что сказанное справедливо и в отношении углов, форм и так далее.

Примеры:

1) Иллюзия Понцо — оптическая иллюзия, впервые продемонстрированная итальянским психологом Марио Понцо (1882—1960) в 1913 году. Он предположил, что мозг человека определяет размер объекта по его фону. Понцо нарисовал два одинаковых отрезка на фоне двух сходящихся линий, наподобие уходящего вдаль железнодорожного полотна. Верхний отрезок кажется крупнее, поскольку мозг интерпретирует сходящиеся линии как перспективу (как две параллельные линии, сходящиеся на расстоянии). Поэтому мы думаем, что верхний отрезок расположен дальше, и полагаем, что его размер больше. Кроме сходящихся линий силу эффекту добавляет уменьшающееся расстояние между промежуточными горизонтальными отрезками.

Некоторые исследователи полагают, что лунная иллюзия является примером иллюзии Понцо, в которой деревья, дома и другие детали ландшафта играют роль сходящихся линий. Объекты переднего плана заставляют наш мозг думать, что Луна больше, чем она есть на самом деле.

Данный тип зрительных иллюзий также возникает при использовании устройства сенсорного замещения. Однако для его восприятия необходимо наличие подобного визуального опыта, поскольку люди с врождённой слепотой не чувствительны к нему.

2) Иллюзия Мюллера-Лиера (Mueller-Lyer, 1889). Исходный рисунок содержит два равных горизонтальных отрезка с прилегающими более короткими отрезками разной ориентации, создающими впечатление стрелок и усиков. Большинству испытуемых отрезок со стрелками кажется значительно короче отрезка с усиками. Если уменьшать отрезок с усиками до тех пор, пока он не покажется равным отрезку со стрелками, у многих взрослых людей объективная разница в длине отрезков превысит 30% (ошибки в оценке длины изолированных отрезков обычно не превосходят 1-2%).

3) Иллюзии Цолльнера демонстрируют влияние наклонных пересекающих линий на восприятие параллельности. На рисунке можно представить 2 варианта таких иллюзий. В первом случае прямые параллельные линии пересекаются пучком лучей, расходящихся из центральной точки. Параллельные линии воспринимаются заметно искривленными — расстояние между центральными точками кажется больше, чем между крайними. Во втором случае, если разместить в расходящихся лучах смещенный относительно центра квадрат, то более близкая к точке расхождения лучей вертикальная сторона квадрата кажется длиннее противоположной.

4) Иллюзия Поггендорфа (на одной прямой лежат линии BC, а не AC, как кажется), Иллюзия Перельмана (буквы на самом деле параллельны друг другу), Иллюзия Липпса (центральные части линий параллельны друг другу), Иллюзия Болдуина (они абсолютно равны, хотя линия Б кажется гораздо длиннее), Иллюзия Ястрова, Параллелограмм Зандера, иллюзия кинескопа, Вертикально-горизонтальная иллюзия, квадратура круга, иллюзия перспективы; внутренний круг на крышке ведра кажется меньше круга, образующего дно ведра, однако эти круги равны; высота фигуры кажется большей чем, чем ее ширина, хотя в действительности фигура имеет форму квадрата; посмотрите на цифры "3" и"8", верхняя половина каждой цифры равна нижней; а теперь перевернем эти цифры; разница в размере верхних и нижних половин становится очевидной.[3]

1.1.3. Иллюзии восприятия цвета

Уже около ста лет известно, что когда на сетчатке глаза возникает изображение, состоящее из светлых и тёмных областей, свет от ярко освещённых участков как бы перетекает на тёмные участки. Это явление называется оптической иррадиацией: явление иррадиации состоит в том, что светлые предметы на темном фоне кажутся более увеличенными против своих настоящих размеров и как бы захватывают часть темного фона. Когда мы рассматриваем светлую поверхность на темном фоне, вследствие несовершенства хрусталика как бы раздвигаются границы этой поверхности, и эта поверхность кажется нам больше своих истинных геометрических размеров. На рисунке за счет яркости цветов белый квадрат кажется значительно большим относительно черного квадрата на белом фоне.

Любопытно отметить, что зная о данном свойстве черного цвета скрадывать размеры, дуэлянты в XIX веке предпочитали стреляться именно в черных костюмах в надежде на то, что противник промахнется при стрельбе.

Пример: Последняя иллюзия - иллюзия восприятия цвета. Одна из помеченных серых клеток кажется темнее другой, на самом деле они одинаковые. [4]

1.1.4. Восприятие глубины

Иллюзии восприятия глубины — неадекватное отражение воспринимаемого предмета и его свойств. В настоящее время наиболее изученными являются иллюзорные эффекты, наблюдаемые при зрительном восприятии двухмерных контурных изображений. Мозг бессознательно видит рисунки только одно-выпуклые (-вогнутые). Восприятие зависит от направления внешнего (реального или подразумеваемого) освещения.

Примеры: иллюзия с витыми веревками (James Frazer, 1908), др. иллюзии Дж. Фрезера, Иллюзия Геринга (иллюзия веера), Иллюзия Вундта (1896), Иллюзия кафе"Wall".

1.1.5. Движущиеся иллюзии

• Неподвижное изображение кажется движущимся.

• При рассматривании одинаковых движущихся мячей, Вы увидите, что они разного размера.

• Одно и тоже вращающееся изображение может вращаться в разные стороны, или даже совершать колебательные движения.

• Если человек долго смотрит на вращающийся структурированный объект, и этот объект внезапно останавливается, человеку начинает казаться, что после остановки объект начинает вращаться в обратную сторону — наблюдается последействие вращения. Эту иллюзию хорошо наблюдать, используя круги со случайно нанесенными пятнами.

• При наблюдении вращающихся эксцентрических кольцевых фигур возникает так называемый стереокинетический эффект — объект приобретает сильную иллюзию глубины. Интересно, что при наблюдении одним глазом (монокулярно) иллюзия обычно заметно сильнее, чем при бинокулярном наблюдении, что объясняется влиянием бинокулярных механизмов восприятия глубины. У людей с нарушениями бинокулярного зрения разница между бинокулярными и монокулярными условиями может отсутствовать или иметь обратный знак.

Примеры: иллюзия Райли (Bridget Riley), иллюзия Брауна (какие круги движутся быстрее: большие или маленькие?), Иллюзия Акуши Китаока, Иллюзия Оучи (эффект до сих пор не объяснён; ощущение движения и глубины появляется из-за интерпретации образов, воспринимаемых нашим мозгом; эффект трёхмерности пространства возникает, если кажется, что 2составных изображения расположены один перед другим – мозг воспринимает окружности как провалы), Иллюзия «Энигма» (появляется мерцание фиолетовых и синих колец; некоторые замечают циркулярное вращение, смешивание цветов), двигательный параллакс (видимое изменение положения предмета (тела) вследствие перемещения глаза наблюдателя), иллюзии кофейных зёрен и др.: [5]

Перевёртыши

• Перевёртыш — вид оптической иллюзии, в которой от направления взгляда зависит характер воспринимаемого объекта. Одной из таких иллюзий является «уткозаяц»: изображение может трактоваться и как изображение утки, и как изображение зайца.

Скрытые иллюзии

Принцип этого вида искусства в том, что одно изображение скрывает в себе другое, не столь очевидное для зрителя или даже замаскированное. Скрытые иллюзии называют также камуфляжным искусством.

Скрытые иллюзии включают в себя такое важное понятие, как анаморфосис. Анаморфосис – это искаженная проекция или перспектива, для восприятия которой в определённую точку изображения нужно поставить специальный прибор. Либо посмотреть на рисунок под очень крутым углом.

Примеры: таинственный остров (фактически деформация; пейзаж был создан для обложки книги Жюля Верна «Таинственный остров»; если поместить вверху ландшафта цилиндрическое зеркало, можно увидеть самого писателя); иллюзия Виктора Молева "Эйнштейн".

Невозможные фигуры

Голландский учёный Морис Эшер особенно преуспел в создании самых немыслимых намеренных искажениях перспективы, породивших особые эффекты обмана зрения. Его знаменитая картина – «День и ночь».

Стерео-иллюзии

Стереопары (совокупность двух изображений одного и того же объекта, полученных с двух различных точек съемки; одно изображение рассматривается левым глазом, другое — правым; изображаемый объект при этом выглядит объемным), наложенные на периодическую структуру (Бела Юллеш, Венгрия) позволяют наблюдать стереоизображение так же, как и обычную стереопару. Периодическое изображение облегчает «разведение» глаз (как правило, на бесконечность), что после фокусировки глаз на расстояние несколько десятков сантиметров позволяет увидеть стереоизображение. Метод позволяет частично совмещать изображения стереопары, снимая ограничения на их размер, однако накладывает некоторые ограничения на содержание рисунков и практически рассчитывается с помощью компьютеров. [4]

1.1.6. Иллюзии в природе

• Природный камуфляж.

Природный камуфляж позволяет животным оставаться незамеченными для многочисленных хищников. 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.

(Приложение 10, рис.1)

• 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. (Приложение 10, рис 2)

• 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. (Приложение 11, рис.1)

• Северное сияние.

Эта иллюзия вызвана столкновением заряженных частиц с атомами в верхних слоях атмосферы. (Приложение 11, рис.2)

1.2.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. (Приложение 4) [6]

1.3. Мираж

Mirage — атмосферическое явление, благодаря которому при известных обстоятельствах делаются в какой-либо местности видными предметы, действительное местонахождение которых вдали от места их наблюдения зрителем. Оно объясняется полным отражением лучей на границе двух слоев воздуха, имеющих различные температуры, если луч света падает с очень сильным наклоном на граничную плоскость. Если зритель и отдаленный предмет находятся на лишь немного повышенных точках и между ними лежит сильно нагретая солнцем песчаная почва, сообщающая свою теплоту ближайшим слоям воздуха и тем нагревающая их сильнее слоев, выше расположенных, зритель видит предмет в его действительном положении при посредстве лучей, прямо от предмета идущих к нему, и во-вторых, в перевернутом положении, при посредстве лучей, сначала идущих от предмета книзу, потом, при встрече с более теплыми и поэтому более редкими слоями воздуха, подвергающихся отражению и идущих к глазу наблюдателя, видящего предмет как бы отраженным в воде. Явление миража объясняется физическим законом преломления и отражения лучей. Миражи принято делить на три класса. [2]

1.3.1. 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. (Приложение 5, рис 1,2)

1.3.2. 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. [4]

Верхний мираж или мираж дальнего видения

Наблюдается над холодной земной поверхностью при инверсионном распределении температуры (температура воздуха растёт с повышением высоты). Верхние миражи случаются в целом реже, чем нижние, но чаще всего бывают более стабильными, поскольку холодный воздух не имеет тенденцию двигаться вверх, а теплый - вниз. Верхние миражи являются наиболее распространенными в полярных регионах, особенно на больших ровных льдинах со стабильной низкой температурой. Они также наблюдаются в более умеренных широтах, хотя в этих случаях, они слабее, менее четкие и стабильные. Верхний мираж может быть прямым или перевернутым, в зависимости от расстояния до истинного объекта и градиента температуры. Часто изображение выглядит как фрагментарная мозаика прямых и перевернутых частей.

Верхние миражи могут иметь поразительный эффект за счет кривизны Земли. Если изгиб лучей примерно такой же, как кривизна Земли, лучи света могут перемещаться на большие расстояния, в результате чего наблюдатель видит объекты, находящиеся далеко за горизонтом. Это наблюдалось и задокументировано в первый раз в 1596 году, когда судно под командованием Виллема Баренца в поисках Северо-восточный прохода застряло во льдах на Новой Земле. Экипаж был вынужден пережидать полярную ночь. При этом восход Солнца после полярной ночи наблюдался на две недели раньше, чем ожидалось. В 20-м веке это явление было объяснено, и получило название "Эффект Новой Земли".

Например: моряки часто видят корабли, повисшие в воздухе, и даже корабли, находящиеся далеко за горизонтом. (Приложение 6, рис.1,2)

1.3.3. Боковой мираж

О существовании бокового миража обычно даже не подозревают. Это — отражение от нагретой отвесной стены. Такой случай описан одним французским автором. Приближаясь к форту крепости, он заметил, что ровная бетонная стена форта вдруг заблистала, как зеркало, отражая в себе окружающий ландшафт, почву, небо. Сделав еще несколько шагов, он заметил ту же перемену и с другой стеной форта. Казалось, будто серая неровная поверхность внезапно заменяется полированной. Стоял знойный день, и стены должны были сильно накалиться, в чем и заключалась разгадка их зеркальности. Оказалось, что мираж наблюдается всякий раз, когда стена достаточно нагреется солнечными лучами. (Приложение 7, рис.1,2)

1.3.4. Миражи третьего класса или фата-моргана – это таинственное явление, которое нельзя объяснить никакими законами физики. Фата–Моргана - сложное оптическое явление в атмосфере, состоящее из нескольких форм миражей, при котором отдалённые предметы видны многократно и с разнообразными искажениями. Фата-Моргана возникает, когда в нижних слоях атмосферы образуется несколько чередующихся слоев воздуха различной плотности, способных давать зеркальные отражения. В результате отражения, а также и преломления лучей реально существующие предметы дают на горизонте или над ним по нескольку искажённых изображений, частично налагающихся друг на друга и быстро меняющихся во времени, что и создаёт причудливую картину Фата-Моргана. Одним из лучших мест в мире для наблюдения миражей является Аляска. Чем злее стужа на Аляске, тем четче и красивее возникают в небесах миражи. (Приложение 8, рис 1,2) [6]

Глава 2. Парадоксы зрения

Парадоксы зрения

Механизмы зрения, казалось бы давно и хорошо изученные, таят в себе множество противоречий. Так, диаметры торцов палочек и колбочек (рецепторов ночного и дневного зрения соответственно) раз в десять больше размера минимальной точки изображения, воспринимаемой глазом; по законам физики на ярком свету человек должен хуже видеть мелкие детали, а реально все наоборот…

2.1. Иррадиация глаза

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. 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. Подобная иллюзия возникает из-за несовершенства анализа человеческим головным мозгом информации, полученной от органов зрения. (Приложение 9, рис.1,2)

Преломление света

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.

Физиологическое двоение

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

Стереоэффект

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

Бинокулярное зрение

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.

Глава 3. 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.

Опыт №2. Почему темная баночка кажется белой? Необходимое оборудование: емкость с белым дном, баночка с темными стенками, водопроводная вода.

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.

Иррадиация

Опыт №3. Почему возникает иллюзия, при которой черные участки кажутся нашему глазу меньше, нежели белые такой же величины?

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

Опыт №4. Почему стрелки, нарисованные на бумаге, вдруг изменили свое направление? Необходимое оборудование: стакан, водопроводная вода, лист бумаги с нарисованными стрелками.

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. (Приложение 12)

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.

Опыт №5. Почему невидимая монета становится видимой?

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.

Бинокулярное зрение

Опыт №6. 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.

Опыт №7. Может ли карандаш двоиться? Необходимое оборудование: стакан, водопроводная вода, карандаш.

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.

Опыт № 8. Одинаковы ли длина окружности у верней кромки рюмки и подставки?

Для опыта я взял рюмку на ножке и измерительную ленту. Измерил сначала длину окружности верхней кромки, а затем длину окружности подставки, их длинна оказалась одинакова равная 24 сантиметра.

Вывод: Опытным путем доказано, что их длинна одинакова, хотя зрительно видно, что верхняя кромка у рюмки кажется больше. (Приложение 13)

Мною было проведено анкетирование: представлены картины иллюзий и опытов с ними, вопросов по данной теме было 6. В анкетировании участвовало 26 учащихся 7-х классов. (Приложение 1,2,3)

Заключение

Наше зрение несовершенно и иногда мы видим не то, что существует в действительности. Но тот факт, что огромное большинство людей получают иногда одинаковые ошибочные зрительные впечатления, говорит об объективности нашего зрения и о том, что оно, дополняемое мышлением и практикой, дает нам относительно точные сведения о предметах внешнего мира. С другой стороны, тот факт, что разные люди в процессе зрительного восприятия обладают различной способностью ошибаться, иногда видят в предметах то, чего другие не замечают, говорит о субъективности наших зрительных ощущений и об их относительности. Мои исследования и практическая работа по созданию собственных иллюзий полностью подтвердили выдвинутую гипотезу: не всегда то, что мы видим, на самом деле является таковым.

В этой работе было выяснено, что среди учащихся 7-9 классов процент детей поддающихся иллюзии равен 55%. Я думаю, что такая разница объясняется стереотипами, созданными жизненным опытом. Хотя следует отметить тот факт, что на моих фотографиях уже 78% опрошенных ребят отметили присутствие иллюзии.

Изучив литературу по данной теме, проведя ряд экспериментов по выявлению процента детей, поддающихся иллюзиям, и, выполнив практическую работу по созданию фотоиллюзий, я пришел к следующим выводам:

• Глаз любого человека видит мир одинаково, но восприятие увиденного – это процесс мышления человека. Поэтому каждый человек воспринимает мир по-своему. И надо уважать мнение каждого.

• Образное мышление, воображение можно развивать, используя в различные иллюзорные картины или создавая их самим. Это даст возможность увидеть всю многогранность окружающего нас мира. Также это разнообразит наш досуг.

• Не стоит забывать, что оптические иллюзии сопровождают нас в течение всей жизни. Поэтому знание основных видов, причин и возможных последствий их воздействия на человека необходим. Это поможет анализировать получаемую картинку, понимать, когда глаза нас обманывают, а когда изображение полностью реально.

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.

Тема иллюзий, миражей и парадоксов очень интересна и она может стать продолжением ещё многих исследований. Например, исследование иллюзий в математике.

И если, глядя на картину, мы видим разное, то, что можно сказать о лучшей и очень сложной картине – человеке???

Литература

1. Перышкин А.В. Физика. 7, 8 кл.: Учеб. для общеобразоват. учеб. заведений. – 15-е изд., стереотип. – М.: Дрофа,2018

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

19