Исследовательская работа «Оптические иллюзии»

Муниципальный этап ХI Российского конкурса исследовательских  работ  и творческих проектов младших школьников «Я – исследователь» Секция: естественно ­ научная Исследовательская работа «Оптические иллюзии» Автор исследования: Столбиков Богдан, ученик 3 «Б» класса МБОУ СОШ № 29 станицы Петровской Славянского района Руководитель: Маркелова Ольга  Владиславовна, учитель начальных классов МБОУ СОШ № 29 2016 – 2017 учебный год Предмет исследования: Восприятие оптических иллюзий обучающимися  школы. Объект исследования:  Оптические иллюзии. Цель   исследования:  Ознакомление   с   понятием   оптические   иллюзии   и   с   её видами, показать, где мы встречаем оптические иллюзии в повседневной жизни. Попытаться самостоятельно создать оптическую иллюзию. Задачи: 1. Узнать стоит ли доверять всему, что мы видим? 2. Рассмотреть виды иллюзий. 3. Понять, могут ли неподвижные предметы двигаться? 4. Собрать альбом оптических иллюзий. Выдвигаем гипотезу: Предположим, что глаза не могут ошибаться, и мы всегда видим то, что есть на самом деле. Ответ на этот и другие вопросы я постараюсь найти в своей исследовательской работе. Методы исследования: ­ изучение литературы и интернет ­ ресурсов по данной теме;  ­ проведение опытов и опросов; ­ анализ, сравнение, обобщение. 1 1. Введение. Сколько раз дерево принималось за продолжение дороги, а тень от скалы ­ за поворот?                                                            Роже де ля Тай    Человек   воспринимает   большую   часть   информации   об   окружающем   мире благодаря зрению, но мало кто задумывается о том, как именно это происходит. Чаще   всего   глаз   считают   похожим   на   фотоаппарат   или   телекамеру, проецирующую   внешние   объекты   на   сетчатку,   которая   является светочувствительной поверхностью. Мозг "смотрит" на эту картинку и "видит" все, что нас окружает. Однако не все так просто.  Во­первых, изображение на сетчатке перевернуто.  Во­вторых,   из­за   несовершенных   оптических   свойств   глаза,   таких   как астигматизм и рефракция, картинка на сетчатке расфокусирована или размазана.   В­третьих,   глаз   совершает   постоянные   движения:   скачки   при рассматривании изображений и при зрительном поиске, мелкие непроизвольные колебания   при   фиксации   на   объекте,   относительно   медленные,   плавные перемещения при слежении за движущимся объектом. Таким   образом,   изображение   находится   в   постоянной   динамике.   В­ четвертых,   глаз   моргает   приблизительно   15   раз   в   минуту,   а   это   значит,   что изображение через каждые 5­6 секунд перестает проецироваться на сетчатку. Так что же "видит" мозг?                       Оптические   обманы   ­   не   случайные   спутники   нашего   зрения:   они сопровождают   его   при   строго   определенных   условиях,   с   неизменным постоянством закономерного явления и имеют силу для каждого нормального человеческого   глаза.   То,   что   человеку   свойственно   при   известных обстоятельствах   поддаваться   иллюзиям   зрения,   обманываться   относительно источника своих зрительных впечатлений, не следует вовсе рассматривать как всегда   нежелательный   недостаток,   безусловный   порок   нашей   организации, устранение   которого   было   бы   для   нас   во   всех   отношениях   благотворно.   Что касается причин, обусловливающих ту или иную иллюзию зрения, то только для весьма   немногих   оптических   обманов   существует   твердо   установленное, бесспорное объяснение.  Для некоторых оптических обманов не предложено до сих   пор   никакого   объяснения.   Для   иных,   наоборот,   имеется   слишком   много объяснений, из которых каждое в отдельности было бы, пожалуй, достаточно, если   бы   не   существовало   ряда   других,   ослабляющих   его   убедительность. «Очевидно, почти вся область оптических обманов находится еще на донаучной стадии своей разработки и нуждается в установлении  основных методических 2 принципов   ее   исследования»,     ­   так   писал   Я.   И.   Перельман   в   своей   книге «Занимательная физика» в разделе, касающемся иллюзий зрительного восприятия человеком объектов. 3 2.  Оптическая иллюзия –  впечатление  о  видимом  предмете  или  явлении, не соответствующее действительности, то есть оптический обман зрения. Некоторые зрительные   обманы   давно   уже   имеют   научное   объяснение,  другие   до   сих   пор остаются загадкой. Иллюзии   возникают   из­за   того,   что   наш   зрительный   аппарат   –   это   сложная система, которая состоит из глаз, нервных клеток, по которым информация об увиденном передаётся в головной мозг, ну и сам головной мозг. Почему могут возникать иллюзии: 1. Глаза так воспринимают предмет, что в головной мозг приходит ошибочная информация. 2. Ошибочное видение предметов может возникать и при нарушении передачи информации по нервным клеткам. 3. Головной мозг не всегда правильно реагирует на сигнал, приходящий  от глаз. Зачастую корректирует его. Как вы  думаете, куда идёт кот? Я   хочу   остановиться   на   нескольких   причинах   возникновения   оптических иллюзий: 4 Для опыта необходимо:     взглянуть на рисунок и определить: сколько чёрных кружков можно поместить между нижним и одним из верхних кружков – четыре или пять? На самом деле три. Вопрос: Почему нам кажется, что можно поместить больше трёх кружков? 3.Иррадиация Странная иллюзия, в силу которой чёрные участки кажутся нашему глазу меньше, нежили , белые той же величины носит название «иррадиация». Она зависит от несовершенства нашего глаза. Его преломляющие среды не дают на сетчатке резких контуров. А в следствии сферической аберрации каждый светлый контур окружается светлой каймой, которая увеличивает его размеры на сетчатой оболочке глаза. В итоге светлые участки всегда кажутся нам больше, чем равные им чёрные. Причём прибавка величины зависит от расстояния. Сейчас станет понятно, почему это так:  ­   отодвиньте   рисунок   от   глаз   подальше,   ­   иллюзия   становится   ещё   сильнее. Объясняется это тем, что ширина добавочной каймы всегда остаётся одинаковой: при   удалении   предмет   уменьшается,   а   прибавка   остаётся   такой   же.   Если   же отодвинуть   рисунок   на   несколько   метров,   то   кружки   становятся шестиугольниками, наподобие пчелиных ячеек. Если взять кружки чёрного цвета на белом фоне, то они при удалении тоже кажутся «ульем», хотя иррадиация здесь не увеличивает, а сокращает кружки. 5 Таким образом, мы нашли объяснение нашей иллюзии. 4. Астигматизм. Рассмотрим   другую   особенность   нашего   глаза   –   астигматизм. Смотрим на надпись одним глазом. Одна из букв представляется нам более чёрной.  Повернём  рисунок  боком. Теперь  самая  чёрная  буква   станет  серой  и чернее   прочих   покажется   другая   буква.  На   самом   же  деле   все  четыре   буквы одинаково черны, они только зашифрованы в различных направлениях. Наш глаз не   одинаково   преломляет   разнонаправленные   лучи   и   поэтому   мы   не   можем видеть одинаково отчётливо и вертикальные, и горизонтальные и косые линии. Редко у кого глаза совершенно свободны от этого недостатка. Рассмотрим ещё одну иллюзию, связанную с астигматизмом. Эта фигура даёт другой способ обнаружить астигматизм. Приближая её к исследуемому   глазу   (закрыв   другой),   на   близком   расстоянии,   сосредоточив взгляд   на   белом   квадратике   вверху,   вы   через   полторы   минуты   заметите,   что нижняя   белая   полоса   исчезает.   Потому   что   утомилась   сетчатка. 6 5. Слепое пятно. В процессе исследования я узнал особенности строения нашего глаза. Так, например,   существует   слепое   пятно   глаза,   открытое   французским   физиком Мариоттом в 1668 г.  Слепое   пятно   –   это   место   сетчатки,   где   зрительный   нерв   вступает   в зрительное яблоко. Известен рисунок Мариотта для нахождения слепого пятна. Если   смотреть   на   крестик   правым   глазом   (левый   глаз   должен   быть   закрыт), приближая или отдаляя рисунок от глаз, наступает момент, когда чёрный кружок не виден. Чтобы   подтвердить   это   явление   проведём   эксперимент.   Закрыв   правый глаз, смотрим на верхний крестик с расстояния 20 – 25 см. Вы заметите, что средний большой белый круг исчезает совершенно, ходя оба меньших кружка по его   бокам   видны.   Если,   не   меняя   положение   рисунка   смотреть   на   нижний крестик, кружок исчезает только отчасти. Исчезновение кружка происходит потому, что при таком положении глаз относительно фигуры он попадает на слепое пятно – место входа зрительного 7 нерва,   не   чувствительное   к   световым   раздражителям. 6. Живые портреты. Каждый, наверное, встречался с портретами, которые смотрят прямо на нас,   и   даже   следят   за   нами   глазами.   Эта   любопытная   особенность   таких портретов давно подмечена и всегда казалась загадочной. А разгадка проста: всё объясняется тем, что зрачок в этих портретах помещён в середине глаза. Именно такими   мы   видим   глаза   человека,   который   смотрит   прямо   на   нас.   Когда   мы отходим в сторону от портрета, зрачки своего положения не меняют – остаются посередине   глаза.   А   так   как   и   всё   лицо   мы   продолжаем   видеть   в   прежнем положении по отношению к нам, кажется будто портрет повернул голову в нашу сторону   и   следит   за   нами.   Эту   иллюзию   часто   используют   в   рекламных   и агитационных плакатах. 8 9 7.       Иллюзия преломления света. Это изменение направления распространения света при прохождении через границу раздела двух сред.  Проведём опыт, чтобы понять, можно ли сломать карандаш просто опустив его в стакан с водой?  В результате мы видим, что та часть карандаша, что находиться под водой, слегка смещена относительно той части, что находится над водой. Вывод:  Лучи   света,   идущие   от   карандаша,   имеют   в   воде   другое направление, чем в воздухе, то есть происходит преломление света на границе воздуха   с   водой.   Когда   свет   проходит   из   одной   среды   в   другую,   на   границе раздела происходит отражение части падающего на неё света. Остальная часть света   проникает   в   новую   среду.   В   результате   возникает   иллюзия   разрыва карандаша. 10 8.  Иллюзия с кружками объясняется действием  закона контраста. Предмет будет казаться больше своей реальной величины на фоне мелких предметов, и наоборот.  НЕТ,  они ОДИНАКОВЫЕ! 11 12 Очевидно, что дальний отрезок гораздо больше ближнего. Однако и в этом случае они равны. Иллюзия создаётся из­за ошибки нашего мозга, потому что он привык, что чем дальше предмет, тем он меньше. 9. Искажение формы предметов. Параллельные   линии   будут   восприниматься   как   непараллельные,   если   их рассматривать на фоне взаимно пересекающихся косых линий. Этот вид иллюзий находит своё объяснение в том, что резко выраженные особенности фона влияют на восприятие, расположенных на этом фоне предметов.                        13 10.   Следующим   шагом   является   небольшой   эксперимент   с   участием одноклассников. Поддадутся ли они зрительным иллюзиям? Я показал им некоторые   оптические   иллюзии   и   попросил   ответить   на   вопросы.   В эксперименте приняли участие 24 учащихся. Найти необычный объект в кофейных зернах не удалось никому из 24 учеников. Одинаковы, ли по цвету лошади на рисунке? Отрицательный ответ был у всех учеников. 14 15 11. Искусственные иллюзии – созданные человеком. Суть опыта заключается в том, что с расстояния в 1 метр нельзя отличить подмену настоящего предмета его изображением, если оно выполнено на матовой бумаге в естественную величину и помещено в чёрный ящик. Настоящую грушу приняли за искусственную 10 учеников. 16 Настоящая ли рука в коробке? Ошиблись в ответе 19 учеников. 17 12.Иллюзии   движения  –   самые   впечатляющие,   и   самые труднообъяснимые. Смотрим на неподвижные объекты, а они начинают двигаться. Большинство из них построено на регулярном повторе разных по яркости или цвету фрагментов. 18 19 20 13.Заключение.  Эксперименты показали, что мы не всегда видим то, что есть на самом деле, следовательно, наша гипотеза опровергнута. Мы  пришли  к  выводу:  объекты  и  явления,  которые  мы  видим, не всегда соответствуют реальности и являются правдой. Проведённый анализ учит нас, что не всегда следует ограничиваться только оценкой глаз, а следует подключить логику и производить измерения. И,   наконец,   мы   попробовали   свои   силы   в   создании   фотографий   с оптическими иллюзиями. На сегодняшний день оптические иллюзии считаются не только одним из методов исследования, они полезны для тренировки глаз. 21 22 23 Альбом оптических иллюзий 24 . 25 26 27 28 Что видите на картинке? 29 Лошади в горах. 30 Литература: 1. Я.И. Перельман. Занимательная физика. Москва АСТ, 2015г. 2. Журнал Наш Филиппок №10 2016 г.ООО Издательство «Филиппок». Белгород. Интернет-сайты: феномены») 1. www . loj - ru («Оптические иллюзии, обман зрения и 31 32