НПК. Секция «Физика» ОПТИЧЕСКИЕ ИЛЛЮЗИИ: НЕ ВЕРЬ ГЛАЗАМ СВОИМ

IV Муниципальная научно­практическая конференция «Я познаю мир» Оптические иллюзии: не верь глазам своим Секция: Физика Выполнил: Глухова Анастасия, МБОУ Гимназия № 91 им. М.В. Ломоносова, 3 класс Руководитель: Глухова Н.А. 1 Железногорск ­ 2011              2 Введение Большую часть информации об окружающем мире мы получаем через глаза. Мне стало интересно, верную ли информацию о реальности мы получаем через органы   зрения.   Насколько   мы   можем   доверять   глазам,   можем   ли   полностью полагаться   на   получаемую   от   них   информацию   и   не   проверять   ее   другими средствами, например, средствами измерения.  Однажды я услышала о Магнитной горе в государстве Оман. На этой горе в определенном   месте   при   спуске   вниз   при   полностью   выключенном   двигателе машины   начинали   медленно   двигаться   вверх   на   гору,   вопреки   всем   законам физики. Это объясняли тем, что гора обладает свойствами притягивать предметы, но учёные доказали, что на самом деле то, что наши глаза воспринимали как спуск, является подъемом, и машины скатываются с горы, а не поднимаются на неё. Этот пример показал, что не всегда надо доверять тому, что видят наши глаза. На   основании   вышеизложенного,   можно   определить   основные   тезисы работы: Гипотеза:   Из­за   ошибок   зрения   (оптических   иллюзий)   мы   видим   искаженную действительность или то, чего в действительности не существует. Цель: Опытным путем доказать, что нельзя всегда принимать за истину то, что видят наши глаза  Задачи:   1. Изучить понятие оптические иллюзии.                 2. Выяснить причины оптических иллюзий.                 3. Разобрать различные примеры оптических иллюзий.                 4. Применить полученные знания на практике. Объект исследования: зрительное восприятие. Предмет исследования: ошибки восприятия (оптические иллюзии). Методы:   1. Наблюдение                   2. Измерение                   3. Описание                   4. Сравнение                   5. Эксперимент 2 Обзор литературы по теме исследования Уже более 2 тысяч лет назад ученые обращали внимание на существование оптических   иллюзий   (ошибок   зрительного   восприятия),   использовали   их   в практической   жизни   и   пытались   объяснить   их   причину.   Для   объяснения оптических   иллюзий   было   выдвинуто   множество   теорий,   которые   были   очень противоречивы.  Для одних иллюзий выдвинуто большое количество объяснений, каждое из которых имеет свое право на существование, для других до сих пор не предложено никаких объяснений. Можно предположить, что область оптических иллюзий находится еще на донаучной стадии своей разработки. Толанский С. считает, что оптические иллюзии  ­ это ложное истолкование окружающей   действительности   при   рассматривании,   опознании   и   оценке   из­за несовершенства   зрительного   аппарата   человека   и   мысленного   истолкования увиденного (8, с.11).   В   советском   энциклопедическом   словаре   оптические   иллюзии характеризуются как обманы зрения, ошибки зрительного восприятия объектов (их формы, цвета, величины, удаленности и др.) (7, с.483) Другими   словами,   оптическая   иллюзия   –   это   неверное   представление реальности из­за физиологических особенностей строения человеческого глаза и психологических   особенностей   зрительного   восприятия,   причём   необходимо отметить, что они характерны для каждого нормального (здорового) человеческого глаза.   Следовательно,   с   этим   явлением   сталкивается   каждый   человек   на протяжении всей своей жизни. Для того чтобы выяснить причины оптических иллюзий, необходимо знать строение зрительного аппарата человека, который включает:  1. Глаза; 2. Нервные клетки, по которым сигнал передается от глаз к мозгу; 3. Часть мозга, отвечающая за зрительное восприятие.  В связи с этим выделяют три основные причины оптических иллюзии: 1.   Глаза   из­за   анатомических   особенностей   (наличия   «слепого   пятна», особенностей сетчатки глаза)  так воспринимают идущий от предмета свет, что в мозг приходит ошибочная информация; 2. При передаче информационных сигналов по нервным клеткам происходят сбои, что опять же приводит к ошибочному восприятию; 3. Мозг не всегда правильно реагирует на сигналы, приходящие от глаз (2). Мозг   не   ограничивается   только   восприятием   изображения.   Он обрабатывает его, переворачивает, сравнивает с уже виденными образами, доводит до конца незаконченные линии и додумывает несуществующие формы (1, 237). Таким образом, на восприятие окружающей действительности большое значение оказывает предыдущий опыт человека. 3 Часто оптические иллюзии возникают сразу по двум причинам: являются результатом специфической работы глаза и ошибочного преобразования сигнала мозгом (2). Перельман   Я.И.   считает,   что   большая   часть   обманов   зрения   зависит исключительно от того, что мы не только видим, но и бессознательно рассуждаем. Это — обманы суждения, а не чувств (6). Иногда оптические иллюзии появляются вследствие специально созданных, особых условий наблюдения, например: наблюдение одним глазом, наблюдение при неподвижных осях глаз, наблюдение через щель и т.п.  Также оптический обман зачастую связан с выбором точки наблюдения, особенностями окружающего фона или освещённостью (5). Существуют   множество   оптических   иллюзий,   которые   можно квалифицировать на следующие виды: 1. Иллюзии   восприятия   глубины.   Они  связаны   со   способностью   глаза видеть предметы на разных расстояниях, воспринимать пространство по яркости предметов, по их теням, а также в процессе осмысливания видимого; 2. Иллюзии восприятия размера. Они связаны с тем, что удаляющиеся к горизонту   предметы   уменьшаются  на   сетчатке   по   своим  размерам.  Существует явление иррадиации, которое   состоит в том, что светлые предметы на темном фоне кажутся более увеличенными против своих настоящих размеров и как бы захватывают часть темного фона. Также при восприятии предметов происходит перенесение свойств фигуры на ее отдельные части. 3. Иллюзии   восприятия   движения.  Эти   иллюзии   связаны   с последовательными движущимися образами; 4. Невозможные   фигуры.   Это   оптические   иллюзии,   где  фигура, кажущаяся   на   первый   взгляд   обычной,   при   внимательном   рассмотрении оказывается носителем противоречивых элементов; 5. Перевернутые   картинки.   Это   иллюзии,   связанные   со   сменой ориентации.  6. Иллюзии соотношения фигуры и фона. Это иллюзии, обусловленные контрастом яркости; 7. Двойственные изображения; 8. Иллюзии искривления. Это иллюзии, обусловленные, в первую очередь, наличием заднего плана; 9. Кажущиеся   фигуры.   Это   иллюзии,   возникающие   в   связи   с   тем,   что мозг, используя прежний опыт, объединяет в единое целое имеющиеся фрагменты; 10. Иллюзии   последействия,   объясняющиеся   особенностями   строения   и функционирования сетчатки глаза; 11. Иллюзии слежения; 12. Иллюзии цвета и контраста. К   иллюзиям   зрения   не   относятся   оптические   фокусы   и   загадочные привидения, создаваемые при помощи зеркал, проекционных аппаратов и других технических   устройств,   потому   что   здесь   происходит   намеренное   стремление 4 привести   глаза   к   заблуждению.   Также   не   относятся   к   оптическим   иллюзиям оптические явления, иногда наблюдаемые в природе (миражи, северные сияния), так как  их появление связано с оптическими свойствами земной атмосферы (3). Далее я рассмотрю различные виды оптических иллюзий. Глава 1. Анализ видов оптических иллюзий 1.1. Иллюзии восприятия глубины Смотря на этот куб нельзя однозначно ответить, передняя или задняя  грань Рисунок 1. Куб Неккера (1832) (4) рисунка голубого цвета. Здесь невозможно сказать с уверенностью верхняя или нижняя часть кольца Рисунок 2. Кольцо (4) находится сзади. 5 Нельзя утверждать большой или маленький кусок сыра изображен на рисунке. Рисунок 3. Сырная иллюзия (4) 1.2. Иллюзии восприятия размера Рисунок 4. Иллюзия Эббингауза (1902) (4) Кажется, что круг,  который окружен маленькими кругами больше, чем тот, который окружен большими. Но на самом деле при измерении они оказываются равными. Кажется, что красные линии имеют разный размер. Но при измерении они Рисунок 5. Кинескоп (4) абсолютно одинаковы. 6 Рисунок 6. Человек (4) Человек   на   заднем   плане   и   человек   ­   карлик   на   переднем   плане   при измерении   оказались   одного   роста,   хотя   смотря   на   картинку   в   это   трудно поверить. 1.3. Иллюзии восприятия движения Рисунок 7. Движущееся колесо (4) Если смотреть на черную точку в центре и, не отрывая взгляда, подвигать головой   вперед­назад   (для   усиления   эффекта),   то   круги   вокруг   точки   начнут двигаться. 7 При наблюдении за картинкой возникает ощущение движения по спирали. Рисунок 8. Спираль (4) При   наблюдении   за   картинкой   возникает   ощущение,   что   рисунок Рисунок 9. Кофейные зерна (4) колышется. 1.4. Невозможные фигуры Рисунок 10. Никогда не заканчивающаяся лестница (4) 8 Рисунок 11. Невозможный куб Эшера (4) Рисунок 12. Невозможный трезубец (4) 1.5. Перевернутые картинки 9 В   зависимости   от   положения   рисунка,   в   нём   можно   увидеть   как   злого Рисунок 13. Фокусник или заяц (4) фокусника, так и зайца в цилиндре. Рисунок 14. Человек или лошадь? (4) 1.6. Иллюзии соотношения фигуры и фона Рисунок 15. Лягушка или конь? (4) 10 При   внимательном   изучении   рисунка   можно   увидеть   помимо   волка   на переднем плане еще  трех волков на заднем плане. Рисунок 16. Четыре волка (4) В зависимости от выбора фона на картинке можно увидеть как человека, Рисунок 17. Музыкант или женщина (4) играющего на саксофоне, так и женский портрет. 11 1.7. Двойственные изображения Рисунок 18. Индеец или эскимос (4) Рисунок 19. Один человек или два (4) Рисунок 20. Лебедь или белка (4) В   этих   изображениях   в   зависимости   от   точки   наблюдения,   своего жизненного опыта можно увидеть различные объекты. 12 1.8. Иллюзии искажения Рисунок 21. Иллюзия Геринга (4) Прямые   кажутся   выгнутыми,   но   при   использовании   измерительных приборов выясняется, что они  абсолютно параллельны. Рисунок 22. Иллюзия с витыми веревками (4) Не смотря на кажущуюся неровность, прямые параллельны. 13 1.9. Кажущиеся фигуры Рисунок 23. Кажущиеся круги (4) На пересечении белых линий видны черные кружки, хотя на самом  деле их нет. На этом рисунке виден белый квадрат, которого тоже в действительности Рисунок 24. Белый квадрат (4) нет. Рисунок 25. Фантастические видения (1, с.235) Для проведения эксперимента я взяла картонную трубку и поднесла её к правому   глазу.     Левую   руку   подняла   ладонью   к   себе   и   держала   перед   левым глазом.   Смотрела   правым   глазом   в   трубку,     не   закрывая   левый   глаз.   Через некоторое время мне показалось, что на ладони дырка. 14 Рисунок 26. Восстановленный мост (1, с.235) Не закрывая глаза,  я прислонилась  носом к месту, где отсутствует пролёт  моста, и через некоторое время края моста сошлись. 1.10. Иллюзии последействия Рисунок 27. Лампа зажгись! (4) Если в течение  30 секунд смотреть на центр спирали лампочки, а затем   квадрат, пустой то     перевести можно увидеть, что лампочка загорелась. взгляд на         Рисунок 28. Изображение, возникающее из ничего (4) Если   смотреть   неподвижно   на   картинку   в   течение   30   секунд   и   затем перевести взгляд на правый пустой квадрат, то в нём возникнет лицо Че Гевары. 15 1.11. Иллюзии слежения Рисунок 29. Плакат (4) Кажется,   что   портреты   всегда   смотрят   на   нас,   следят   за   нашими Рисунок 30. Плакат (4) передвижениями.  16 1.12. Иллюзии цвета и контраста При рассмотрении кружки кажутся мерцающими, хотя на самом деле Рисунок 31. Мерцающие точки (4) они белые. Если смотреть непрерывно на черную точку, то цветные пятна исчезнут. Рисунок 32. Исчезающие пятна (4) Рисунок 33. Оттенки зеленого (4) 17 Если внимательно посмотреть на эту картину, то кажется, что здесь два оттенка зеленого, но на самом деле лишь один. Глава 2. Практическое применение полученных знаний об оптических иллюзиях Изучая оптические иллюзии, я поняла, что они незаметно проявляются в повседневной   деятельности,   научных   наблюдениях   и   экспериментах,   искажая оценки   различных   величин   (длины,   ширины,   угла,   кривизны   и   т.д.),   искажая окружающую действительность. Знания об оптических иллюзиях помогли мне понять, почему архитекторы специально изменяли пропорции сооружений, отклоняли элементы от вертикали или   горизонтали,   искривляли   их   контуры.   Благодаря   этому   они   добивались большей монументальности, монолитности, устраняли искажения при зрительном восприятии. Также   я   поняла,   что   зная   об   оптических   иллюзиях,   можно   помещение зрительно сузить, расширить, повысить или понизить. Например, горизонтальные полосы   «растягивают»   помещение,   вертикальные   полосы   «сжимают»   и «повышают» пространство.  Мелкий орнамент зрительно увеличивает помещение, крупный ­ уменьшает. Я узнала, что оптическую иллюзию часто используют в дизайне одежды. Например,     уменьшают   талию   с   помощью   очень   широких   юбок,   делают   ноги длиннее с помощью завышенной линии талии, создают иллюзию маленькой головки большим воротником, увеличивают рост с помощью вертикальных декоративных отделок в костюме. Также в чёрной одежде человек кажется стройнее.  Также я узнала, что оптические иллюзии использовали при ведении военных действий. Во время I Мировой войны корабли и самолёты разрисовывали яркими зигзагами, чтобы исказить их контуры. Оптические   иллюзии   широко   применялись   и  продолжают   применяться   в изобразительном искусстве. Во второй половине 20 века возникло художественное направление оп­арт, основанное на применение в искусстве различных оптических иллюзий. 18 Выводы:   Это   обусловлено   как   физиологическими, 1. Достаточно часто наши глаза воспринимают окружающую действительность в искаженном   виде.   так   и психологическими причинами. 2.  С  оптическими  иллюзиями  сталкивается   каждый  здоровый человек  в своей повседневной жизни и деятельности. 3. Зная об оптических иллюзиях, для наиболее достоверного видения окружающей действительности, необходимо пользоваться не только зрительными ощущениями, но и средствами измерения. Ошибки иллюзии возникают только при оценках, как только человек начинает пользоваться измерительными инструментами иллюзия остается, но ошибка ликвидируется. Нельзя принимать за веру то, что мы видим, пока измерение этого не подтвердит. 4.   Оптические   иллюзии   успешно   и   давно   применяются   человечеством   в   таких сферах деятельности как архитектура, дизайн интерьера и одежды, искусство. 19 Список используемой литературы: 1. Большая книга экспериментов для школьников/ под ред. Мейяни А.­М.:Росмэн­ пресс, 2012. 2.   Интернет­ресурс:   http://festival.1september.ru/   Фестиваль   педагогических   идей «Открытый урок». Белоконь Р.И. Оптические иллюзии и их роль в жизни человека. 3.   Интернет­ресурс:  http://festival.1september.ru/articles/599776/   Заескова   Н.А. Оптические иллюзии. 8­й класс.  4. Интернет –ресурс: www.psy.msu.ru/illusion. 5. Карпушина Н. Секреты древних зодчих или как перехитрить зрение// Наука и жизнь, №2, 2010. 6. Перельман Я.И. Занимательная физика. Книга 2. – М.: Триада­Литера, 1994. 7. Советский энциклопедический словарь/ под ред. Прохорова А.М.­М.: Советская энциклопедия, 1988. 8. Толанский С. Оптические иллюзии. ­М.: Мир, 1967. 20