"Не верь глазам своим" исследовательская работа Хадыкина Арсения

Окружная  научно-практическая конференция

младших школьников «Я познаю мир»

Секция  «Физика»

         НЕ ВЕРЬ ГЛАЗАМ СВОИМ…

Выполнил: ученик 5 «Б» класса

ГБОУ СОШ № 5 ОЦ «Лидер»

Хадыкин Арсений

Научный руководитель:

учитель начальных классов

Хлынцева Юлия Викторовна

Кинель

2016

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение3

1.     Виды оптических иллюзий5

1.1.          Некоторые виды оптических иллюзий  5

1.2.          Естественные оптические иллюзии 5

1.2.1.   Миражи 5

1.2.2.   Слепое пятно  6

1.2.3.   Иллюзия восприятия размера 7

1.2.4.Искажение формы предметов 8

1.2.5.   Переоценка вертикальных линий8

1.2.6.   Движущиеся иллюзии 8

1.3.          Искусственные иллюзии 9

1.3.1.   Двойственные изображения 9

1.3.2.   Невозможные фигуры и объекты 10

1.3.3.   Распознавание образов 10

1.4.          Смешанные иллюзии 10

1.5.          Применение оптических иллюзий 10

2.                Исследовательская часть 12

2.1.          Экспериментальные исследования восприятия иллюзий в классе12

2.2.          Изготовление невозможного треугольника Пенроуза 14

2.3.          Эксперимент «Дырка в руке»  15

2.4 .    Выводы исследований  15

Заключение17

Список использованных источников и литературы18

ВВЕДЕНИЕ

По мнению учёных, 90 процентов информации об окружающем мире мы получаем благодаря глазам. Недаром говорят: «Лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать». Тем не менее, в  литературе и в общении с людьми мне часто попадалось выражение «Не верь глазам своим». Я заинтересовался, что это: образное выражение или действительно, не всегда можно верить тому, что видишь. Надо проверить!

Выражение «обман зрения» в жизни тоже встречается очень часто. К сожалению, наш глаз не самый точный прибор в мире, поэтому ему свойственно ошибаться. Эти ошибки называют оптическими иллюзиями. Попросту говоря – это неверное представление реальности.  Их известно очень большое количество, и все они разные, как и причины их возникновения.

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 самые неожиданные открытия, нужно только  присмотреться.

Но стоит ли доверять всему, что мы видим? Можно ли увидеть то, что никто не видел? Правда ли, что неподвижные предметы могут двигаться? Каково разнообразие оптических иллюзий? Думаю, эта тема всегда актуальна, поэтому мне очень хочется найти ответы, и я решил провести исследование, чтобы  разобраться в этих вопросах.

 Цель: выяснить, что лежит в основе оптической иллюзии - чудеса или наука?

Задачи:

1.  Подобрать материал о видах оптических иллюзий, причинах их возникновения.

2.  Провести исследование, в ходе которого можно будет определить процент объективности восприятия объекта учащимися моего класса.

3. Научиться управлять иллюзиями.

Объект исследования - оптические иллюзии.

Предмет исследования - причины возникновения оптических  иллюзий.

Гипотеза исследования – в основе иллюзий лежат обычные природные явления и большинство людей поддаются иллюзии зрительного восприятия.

1.     ВИДЫ ОПТИЧЕСКИХ ИЛЛЮЗИЙ

1.1.          Некоторые виды оптических иллюзий

 

Изучая данный вопрос  в энциклопедической литературе и в Интернет - сети, я выяснил, что в переводе с латыни слово "иллюзия" означает "ошибка, заблуждение". Это говорит о том, что иллюзии с давних времён 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. [8]

Оптические иллюзии делятся на три вида:

ü естественные, или созданные природой;

ü искусственные, или придуманные человеком;

ü смешанные, то есть естественные иллюзии, воссозданные человеком.

1.2.Естественные оптические иллюзии

1.2.1.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, когда 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.[2,147]

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 Пенглай в 2006 году стали свидетелями редкого явления — огромного миража.

Туман, нависавший над берегом, создал иллюзию изображения города с современными высотными зданиями, широкими городскими улицами, 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 миражи.[1,124]

1.2.2.Слепое пятно

           В процессе исследования я узнал 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 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 казать, что на самом деле нас обманывает наш собственный мозг, когда анализирует увиденное.[2,86]

1.2.3.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.  

1.2.4.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.

1.2.5.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 её действительной величины.

1.2.6.Движущиеся иллюзии

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

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.[8]

1.3.Искусственные иллюзии

1.3.1.Двойственные изображения

Двойственные изображения - это изображения, в которых человек выделяет для себя либо фон, либо фигуру в зависимости от его восприятия картинки. Как ни крути, как не переворачивай изображения-перевертыши, а картинки местами не меняются.

1.3.2.Невозможные фигуры и объекты

Существует огромный класс так называемых "невозможных фигур", ошибочно или умышленно нарисованных с ошибками, в результате чего возникают забавные визуальные эффекты.[7,26]

1.3.3.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.

1.4.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![5,58]

1.5. 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 иллюзия плоского 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.[8]

Иллюзии в цирке создаются за счёт использования специальной техники - двойное дно, специальные пружины, скрытые перегородки, определённая 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.[7,31]

2.     ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ЧАСТЬ

2.1.Экспериментальные исследования восприятия иллюзий в классе

Я привёл примеры нескольких видов оптических иллюзий. Следующим шагом является небольшой эксперимент с участием учащихся нашего 4 А класса. Поддадутся ли они иллюзии зрительного восприятия?  Я покажу им, по очереди каждому, оптические иллюзии и попрошу их ответить на мои вопросы.

В эксперименте приняли участие  17 учащихся 4 А класса:

1-й рисунок (Иллюзия Эббингауза).

Какой из кругов, расположенный посередине больше?

Варианты ответов	Количество учащихся	% учащихся
Правый больше	9	53 %
Левый больше	4	23 %
Одинаковые  (верный ответ)	4	23 %

Воспринимаемая величина фигуры зависит от окружения. Круг кажется большим среди маленьких кружков и меньшим - среди больших. При исследовании 53 % опрошенных ответили, что правый круг больше, 23 % не

поддались иллюзии.

2-й рисунок

Подсчитайте  количество ног у слона, изображенного на рисунке.

Варианты ответов	Количество учащихся		% учащихся
4 ноги	9		53 %
5 ног	1		6 %
6 ног	2		12 %
7 ног	5	29 %

3-й рисунок (Иллюзия Мюллера-Лайера)

На рисунке изображены два отрезка. Какой из них длиннее. Левый или правый?

Варианты ответов	Количество учащихся	% учащихся
Верхний    длиннее	8	48 %
Нижний  длиннее	4	23 %
Одинаковые   (верный ответ)	5	29 %

При  исследовании  48 % опрошенных ответили, что верхний отрезок  длиннее.

Мы воспринимаем  видимую фигуру, каждую отдельную часть её не изолированно, а всегда в известном  целом. В иллюзии Мюллера—Лайера прямые линии, заканчивающиеся различно направленными  углами, кажутся

не одинаковыми  по длине. 

2.2.          Изготовление невозможного треугольника Пенроуза

Чтобы узнать существуют ли на самом деле в нашей жизни невозможные фигуры, я попробовал самостоятельно при помощи заготовки  сделать оригами невозможного треугольника Пенроуза. И у меня получилось. Но, что это обман или реальность? Конечно же – это обман нашего зрения при помощи игры света и тени. На заготовку  нужно смотреть  с определённого угла и тогда увидишь невозможный треугольник.

2.3.          Эксперимент «Дырка в руке»

Для эксперимента понадобится катушка от бумажных полотенец или полая трубка длиной около 30 сантиметров.  Катушку надо взять в правую руку, а ладонь левой руки держать рядом с катушкой. Обоими глазами надо смотреть себе на руку, при этом правым глазом смотреть через катушку. Что же произойдёт? Вам будет казаться, будто в левой руке дырка! В чём же причина? Правый глаз смотрит через катушку, а левый видит раскрытую ладонь. По зрительному нерву информация от обоих глаз поступает в мозг, тот её обрабатывает, и мы видим изображение. Сводя воедино сигналы от обоих глаз, мозг получает объёмное изображение. На этом эффекте основаны и обманы зрения.

2.4.          Выводы исследований

Я провёл исследования среди учащихся нашего 4 А класса   и определил процент восприятия иллюзий школьниками. Эксперимент показал, что мы не всегда видим то, что есть на самом деле, следовательно, моя гипотеза верна. Мы пришли к выводу: объекты и явления, которые мы видим, не всегда соответствуют реальности  и являются правдой. Проведённый анализ учит, что не всегда следует ограничиваться только оценкой на глаз, а следует подключать логику и производить измерения.

Люди не могут полностью контролировать то, что они видят  и легко поддаются  иллюзии.  В  моём эксперименте - это в среднем 65 % учащихся за 3 опыта.

Сначала может показаться, что оптическая иллюзия создаётся легко, на самом деле так и есть, но перед тем как добиться впечатляющих результатов учёные потратили достаточно много сил и времени на изучение структуры глаза,  его особенности, особенности зрения и на реакцию глаз. Оптические иллюзии  применяют в жизни. 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Итак, моё исследование оптических иллюзий подошло к концу и можно сделать вывод, что иллюзия – это не чудо, а наука. Гипотеза, выдвинутая в начале исследования, подтвердилась – практически в основе всех иллюзий лежат обычные природные явления. В процессе работы были найдены три основные причины возникновения оптических иллюзий:

1. Законы физики – преломление и отражение лучей создают иллюзии, которые называют миражами.

2. Особенности строения глаза позволяют видеть иллюзии восприятия цвета и иллюзии движения, и, конечно, слепое пятно.

3. Исследование показало, что зрение контролирует не только глаз, но и мозг. Оптические иллюзии – это обман нашего мозга, а зрение здесь лишь является посредником, который этот обман передаёт.

Тот факт, что не все иллюзии на сегодняшний день имеют своё 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. В качестве результата проделанной работы предлагаю изготовленный мной   альбом наиболее известных оптических иллюзий. На сегодняшний день в изучении иллюзий осталось ещё немало тайн, которые ждут своих открытий. 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ

1. А. Акбаев. Физика и живая природа. Ижевск: Удмуртский университет 2009, 276 с.

2. А. А. Вадимов, М.А. Тривас. Иллюзии зрения. М.: Наука, 2001, 189 с.

3. П. Лемени-Македон. Суперэксперименты. М.: Эксмо, 2012, 96 с.

4. А. В. Луизов. Цвет и свет. Л.: Энергоиздат, 2009, 113 с.

5. Я. И. Перельман. Занимательная физика. Т.1. М.: Наука, 1983, 225 с.

6. Еженедельное приложение «Физика» к газете «Первое сентября» №37, 2006, 39 с.

7. Приложение «Физика для младших школьников» №6, 2009, 43 с.

8. http://www.adme.ru/tvorchestvo-hudozhniki/15-illyuzij-kotorye-vzorvutvash-

mozg-465405/