Физические иллюзии. Старт в науке

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследования.

По утверждению исследователей, около 90% информации об окружающем мире человек получает посредством зрение. Однако далеко не все, что мы видим вокруг, достоверно отражает реальность, - это доказывают оптические или зрительные иллюзии, с которыми мы сталкиваемся гораздо чаще, чем нам кажется. Ошибки зрительного восприятия - это очень интересные примеры, раскрывающие особенности взаимодействия человека и окружающего мира.

Я заинтересовался изучением оптических иллюзий, потому что современные технологии, в том числе компьютерные, активно используют возможности «обмана» зрительного восприятия человека. Это и хорошо, и плохо. С одной стороны, такие технологии уже сейчас позволяют преобразовывать окружающее пространство, путешествовать по любым уголкам Земли и даже в придуманные художниками фантастические миры с помощью мобильных устройств, не покидая своего места. С другой стороны, привычка переноситься в мир оптических виртуальных иллюзий может обернуться для человека потерей связей с реальным миром, накладывающим на каждого определенные требования и обязательства. Как ни заманчив мир виртуальной реальности, человек вряд ли может стать в нем лучше.

Знание особенностей зрительного восприятия и возможностей современных технологий в искажении объективной реальности, в том числе посредством оптических иллюзий, необходимо современному человеку для здорового восприятия жизни.

Цель - исследовать возможности естественного и искусственного нарушения зрительного восприятия человека, искажающего ощущение реального пространства и получившего в научно-популярной литературе наименование «оптических иллюзий».

Задачи исследования:

Раскрыть содержание понятия «оптическая иллюзия»;

Изучить историю освоения этого явления в науке и в культуре от древности для наших дней;

Распределить оптические иллюзии по типам и видам, проанализировать характерные для каждой группы оптических иллюзий закономерности;

Провести эксперименты, подтверждающие возникновение оптических иллюзий при определенных условиях;

Подготовить наглядные пособия, демонстрирующие возможности создания оптических иллюзий;

Найти удобную, эффективную методику фокусирования взгляда для рассматривания стереоскопических (3D) картинок;

Выяснить, что знают об оптических иллюзиях учащиеся 3-х классов Одинцовской лингвистической гимназии;

Рассмотреть область применения технологий, связанных с оптическими иллюзиями, в современном мире, в городской культуре, шоу-индустрии, в сфере виртуальных технологий.

Гипотеза исследования.

Возникновение оптических иллюзий связано с нарушениями привычных, устойчивых механизмов зрительного восприятия окружающего пространства по причине изменений условий внешней среды или изменений работы зрительного аппарата.

Объект исследования: особенности зрительного восприятия окружающего пространства.

Предмет исследования: нарушения, обманы зрительного восприятия пространства, проявляющиеся в таких физических явлениях, современных технологиях и продуктах культуры, как миражи, оптические иллюзии, стереоскопическое кино (3D-кинотеатры), стереограммы (3D-картинки), объемный стрит-арт и др.

Методы:

Сравнение исторических свидетельств и документальных источников;

Изучение научной и научно-популярной литературы, информации, посвященной оптическим иллюзиям;

Анализ собственных зрительных впечатлений от просмотра оптических иллюзий (в том числе 3D-кино);

Опрос учащихся 3-х классов Одинцовской лингвистической гимназии;

Эксперименты по воссозданию условий возникновения оптических иллюзий.

Продукт исследования:

Наглядные пособия, иллюстрирующие особенности иллюзорного восприятия явлений действительности;

Презентация, представляющая оптические иллюзии разных типов и видов.

Часть 1. ОПТИЧЕСКИЕ ИЛЛЮЗИИ

В ИСТОРИИ НАУКИ И КУЛЬТУРЫ

Научные явления интересно изучать, когда они связаны с личными жизненными впечатлениями.

Впервые с оптическими иллюзиями я познакомился года три назад во время летней поездки на дачу. В жаркий солнечный день мы с родителями ехали на машине по асфальтовой дороге, на которой вдалеке явственно виделись лужи (Рис. 1 ). Однако когда машина приближалась к лужам, они исчезали. Тогда родители объяснили мне, что причина обмана зрения - в горячем воздухе, который нагревается от раскаленного асфальта и особым образом преломляет солнечный свет.

Второе впечатление было связано со спиннерами. Как-то вечером, раскрутив спиннер на столе вблизи настольной лампы, я заметил, что во время его вращения образ спиннера, похожий на мираж, замедляясь, а потом снова разгоняясь, совершает плавные вращательные движения то в одну, то в другую сторону. Спиннер я раскручивал по часовой стрелке, а образ его попеременно вращался то по часовой, то против часовой стрелки. Папа сказал мне, что это непростое физическое явление и посоветовал сделать то же самое при дневном свете. Когда я раскрутил спиннер при дневном свете, миража, вращающегося в разные стороны, не было.

Папа поделился еще одним интересным опытом, который я хочу проверить летом. Если ночью в темноте опустить кончик длинной палочки в костер, дождаться, когда на нем образуется красный уголек, а потом начать размахивать им, в воздухе будут висеть круги, восьмерки и другие фигуры, передающие траекторию движения палочки. Глаз будет разом видеть всю траекторию, а не мелькание огонька (Рис. 2 ).

С папой тем же вечером мы провели эксперимент: взяли старый калькулятор со светодиодным дисплеем и в темноте стали им быстро размахивать. В воздухе повисли не связные линии, а ожерелья красных цифр - как наложенные друг на друга кинокадры. Не было никаких полос и линий. Это было удивительно.

Тогда же я узнал, что все эти явления - обманы зрения - относятся к области, которая называется оптическими иллюзиями. Мир оптических иллюзий оказался очень богатым и разнообразным. И мне захотелось в нем разобраться.

Выяснилось, что систематически изучать оптические иллюзии ученые начали примерно с середины XIX века, тогда же вошло в обиход это понятие. «Оптика» (от древне-греческого ὀπτική - появление или взгляд) - это раздел физики, изучающий природу света и взаимодействие света с веществом, в том числе с человеческим организмом. А слово «иллюзия» (от латинского illusio — заблуждение, обман) - указывает на искажение восприятия действительности, обман чувств.

Несмотря на то, что история научного изучения оптических иллюзий насчитывает около 150 лет, знакомы с этим явлением люди были еще в глубокой древности.

Великий греческий философ Аристотель в 350 году до нашей эры писал: «Нашим чувствам можно доверять, но их все же легко обмануть». Например, он заметил, что если долгое время смотреть на водопад, а затем перевести взгляд на неподвижный горный склон, может показаться, будто скалы движутся в направлении, противоположном потоку. Современные исследователи называют этот оптическое явление эффектом последействия движения или иллюзией водопада.

Известная со времен древнеримского астронома Птолемея иллюзия восприятия небесных светил в увеличенном объеме в момент их нахождения около линии горизонта и сейчас вызывает общий интерес.

Уже в древности путешественники и мореплаватели сталкивались с миражами в пустынях и на просторах морей. Тогда они пугались оптических иллюзий, так как думали, что это результат действия злых духов. Миражи отражали не только красивые замки или острова, как рассказывают об этом древние легенды, но и обычные лодки, корабли, здания.

Многие путники, введенные в заблуждение эфемерными видениями оазисов в пустыне, погибали от жажды. Даже сейчас, в XXI веке для путешественников составляют специальные карты с отметкой мест, где обычно наблюдаются миражи. На этих путеводителях указано, где могут привидеться колодцы, а где - пальмовые рощи и даже горные цепи.

Жертвами миражей нередко становятся караваны в пустыне Эрг-эр-Рави на Севере Африки. Перед людьми «воочию» на расстоянии 2-3 километров предстают оазисы, до которых в действительности не менее 700 километров.

Среди мореплавателей сотни лет назад ходили легенды о кораблях-призраках, «летучих голландцах» - иллюзиях, которые получили также название «фата-моргана» (по имени мифической феи Морганы, живущей на дне моря и обманывающей моряков).

А вот другие интересные исторические свидетельства.

Один человек в 1852 году с расстояния 4 километров увидел Страсбургскую колокольню совсем рядом. Изображение было гигантским, точно колокольня предстала перед ним увеличенная в 20 раз.

3 апреля 1900 года защитники крепости Блумфонтейн, в Англии, увидели в небе боевые порядки британской армии, притом так четко, что можно было различить пуговицы на красных мундирах офицеров. Это было воспринято как дурное предзнаменование, и через два дня крепость сдалась.

В 1902 году американский ученый Роберт Вуд сфотографировал двух мальчиков, мирно бредущих по водам Чесапикского залива между яхтами. Причем рост мальчиков на фотографии превышал 3 метра.

10 декабря 1941 года в 11 часов утра команда британского транспорта «Вендор», находящегося в районе Мальдивских островов, заметила на горизонте горящий корабль. «Вендор» пошел на выручку терпящим бедствие, но через час горящий корабль завалился набок и затонул. «Вендор» подошел к предполагаемому месту гибели корабля, но, несмотря на тщательные поиски, не нашел ни обломков, ни пятен мазута. В порту назначения, в Индии, командир «Вендора» узнал, что в ту самую минуту, когда его команда наблюдала трагедию, тонул крейсер, атакованный японскими торпедоносцами неподалеку от Цейлона. Расстояние между кораблями на тот момент составляло 900 километров.

Важно отметить, что, сталкиваясь с разными природными иллюзиями, люди научились использовать в своих целях определенные оптические закономерности. Еще в Древней Греции эти закономерности целенаправленно применялись в архитектуре для создания желаемых пространственных впечатлений, например, для кажущегося увеличения высоты и площади залов. Архитекторы иногда намеренно нарушали геометрию строения: изменяли пропорции, отклоняли элементы от вертикали или горизонтали, искривляли их контуры и т.п. С помощью таких приемов им удавалось «перехитрить» зрение.

Например, древними зодчими было подмечено, что светлые предметы на темном фоне по размеру кажутся больше, чем они есть на самом деле, а темные на светлом, наоборот, меньше. Римский архитектор и инженер Марк Витрувий, живший в I веке до нашей эры, свидетельствовал о своих впечатлениях: при сочетании темного и светлого свет «пожирает» мрак. Действительно, в белой одежде человек выглядит полнее, нежели в черной, а ветви деревьев в лучах солнца заметно «истончаются».

Взяв в расчет эту закономерность, архитекторы Древней Греции пошли на хитрость - они стали делать колонны своих построек разной толщины. Примером служит знаменитый Парфенон - главный храм афинского Акрополя, построенный в 447-438 годах до н.э. (Рис. 3 ). Его создатели, архитекторы Иктин и Калликрат, учли, что для угловых колонн фоном будет яркое небо Эллады, а для остальных - темный фон, создаваемый святилищем храма. Поэтому они сделали угловые колонны более широкими и уменьшили расстояние между ними и соседними колоннами. Благодаря этим «поправкам» издали все колонны выглядели совершенно одинаково, а разница между ними обнаруживалась только при непосредственном измерении.

В архитектуре Парфенона таятся и другие оптические иллюзии: когда глаз «скользит» по колоннаде, заполненное ею пространство зрительно удлиняется, отчего здание кажется более протяженным, более величественным. По той же причине постройки, украшенные орнаментами и скульптурами, кажутся нам больше, чем не имеющие украшений.

Древние греки использовали также такой прием: отклоняли элементы верхней части постройки от вертикального положения. Например, фронтон устанавливался под углом, наклонялся немного вперед - примерно так, как вешают картины в галереях. Архитекторы уже знали о том, что вертикальные и горизонтальные прямые при значительной длине кажутся не параллельными. Чтобы колонны здания визуально не расходились, при установке их слегка наклоняли внутрь. А чтобы колонны не казались вогнутыми, их немного утолщали на уровне трети высоты. Прием этот получил название «энтазис» от греческого слова entasis (напряжение, усиление). Кроме того, колонны сужали кверху, зрительно удлиняя их и делая менее массивными.

Другое оригинальное архитектурное достижение греков состояло в том, что внутреннюю колоннаду в храмах они возводили иногда двухэтажной. В Парфеноне, например, это было сделано для достижения иллюзии большей высоты статуи богини Афины, установленной в святилище. На фоне двухэтажного сооружения она смотрелась крупнее, чем есть, и оттого выглядела более торжественно и величественно.

Оптические закономерности восприятия пространства были знакомы и древнерусским зодчим. Один из примеров - Троицкий собор в Троице-Сергиевой лавре, сооруженный в 1422 году над гробом преподобного Сергия Радонежского (Рис. 4 ). Его наружные стены имеют заметный наклон к центру здания, благодаря чему усиливается впечатление устойчивости всего строения. Барабан со щелевидными окнами, на котором возвышается купол храма, сужается кверху. Этот прием зрительно вытягивает храм, он выглядит выше, чем есть на самом деле.

В православном храме возникает и другая иллюзия: внутри он кажется более высоким, чем есть в действительности. Достигается такой эффект не без помощи поправок в геометрии строения. При строительстве Троицкого собора, например, были наклонены внутрь стены выше арок порталов и столбы, служащие опорами свода. Еще больший эффект высоты создают крутые линии арок и сводов.

В XIX веке началось активное изучение закономерностей восприятия и особенностей органов чувств человека. Именно тогда исследователи стали классифицировать оптические иллюзии и анализировать причины их возникновения.

Вскоре оптическими иллюзиями увлеклись и художники - в 1950-х годах появилось целое направление в искусстве, посвященное оптическим иллюзиям - оп-арт (от английского optical art - «оптическое искусство»). Одним из основоположников оп-арта считается французский художник и скульптор Виктор Вазарели, - его работы часто приводят в качестве ярких примеров оптических иллюзий (Рис. 5 ).

В начале XXI века интерес к механизмам зрительного восприятия продолжает расти - появляются новые научные теории, с помощью которых ученые пытаются объяснить механизмы возникновения оптических иллюзий. Интерес к этой проблеме столь высок, что на протяжении вот уже десяти лет ежегодно проходят конкурсы на лучшую оптическую иллюзию.

Сегодня зрительные иллюзии активно используются в архитектуре, в дизайне, в искусстве (в том числе в популярном направлении стрит-арта), в цирковом искусстве, даже в военном деле. Зрительные иллюзии стали основой кинематографии и телевидения, многих современных компьютерных (в том числе, виртуальных) технологий. Многие из них очень интересны и увлекательны. Тесно переплетаясь с действительностью, они оказывают на мировосприятие человека огромное воздействие. Однако, оставаясь иллюзиями, то есть зрительным обманом, они несут риск искаженного восприятия окружающего мира и его закономерностей. Для того чтобы не поддаваться обману, их необходимо изучать.

Часть 2. ТИПЫ И ВИДЫ

ОПТИЧЕСКИХ ИЛЛЮЗИЙ

В этой части работы предлагается классификация оптических иллюзий по типам, а также поясняются возможные причины их возникновения.

Как можно заключить из материала 1 части работы, причина возникновения оптических иллюзий бывает связана с изменениями во внешней среде, через которую проходят световые лучи. Именно поэтому оптические иллюзии часто появляются там, где соседствуют или взаимодействуют разные среды: воздух и жидкость, потоки горячего и холодного воздуха; где соседствуют разные предметы: близкие и далекие, высокие и низкие.

Точно также причиной возникновения оптических иллюзии может стать нарушение механизмов зрительного восприятия, то есть изменение в работе зрительных органов и мозга человека. В этом случае искажения в восприятии объектов и картин вызваны не средой, через которую проходят световые лучи, а самими органами зрения. Поскольку видимые образы - результат длинной цепи анализа световых сигналов, в который вовлечен оптический аппарат глаза, сетчатка, множество мозговых отделов зрительной системы, очевидно, что разные зрительные иллюзии отражают особенности функционирования разных звеньев этого пути.

Другой критерий, который можно ввести для классификации оптических иллюзий - их естественная или искусственная природа. Ведь с какими-то оптическими иллюзиями человек спонтанно и часто неожиданно для себя сталкивается в природе и в жизни, а какие-то еще со времен Древней Греции используются намеренно для украшения окружающего мира или для развлечения.

Если учитывать оба критерия, получается, что оптические иллюзии можно разделить на 4 условные категории:

1. Естественные, вызванные преломлениями света в окружающей среде.

2. Естественные, связанные с особенностями механизма зрительного восприятия.

3. Искусственные, использующие возможности преобразования окружающего пространства.

4. Искусственные, использующие особенности зрительного восприятия.

Разберем некоторые примеры из научно-популярной литературы и из сети Интернет. Разные изученные источники показали огромное разнообразие мира оптических иллюзий.

1. Естественные иллюзии, вызванные изменениями в окружающей среде.

Мираж - это игра световых лучей. Слово «мираж» происходит от французского слова и обозначает «отражать, как в зеркале», причем в роли «зеркала» выступает воздух. Оказывается, воздух состоит из нескольких 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, например, наблюдать на раскаленной солнцем асфальтовой дороге.

Фата-Моргана - миражи, которые видят моряки над водной поверхностью - выполняет сложные трюки: образ этого миража сложный, меняющийся. Оно может переворачиваться, сжиматься, растягиваться. Это красивое оптическое явление появляется вследствие того, что лучи солнца, проходящие через нагретые воздушные слои, преломляются.

Другая разновидность естественных иллюзий, вызванных изменениями во внешней среде, - гало (Рис. 8).

Если Солнце находится на малой высоте над горизонтом, а в атмосфере присутствуют микроскопические кристаллы льда, наблюдатели могут заметить несколько светлых радужных пятнышек справа и слева от Солнца. Эти причудливые солнечные гало следуют за светилом по небосводу, в какую бы сторону оно не направлялось.

Днем гало появляется вокруг Солнца, а ночью - вокруг Луны или других источников света, например, уличных фонарей. Существует множество разновидностей гало. Практически все гало вызваны преломлением света при прохождении через ледяные кристаллы. Вид гало определяется формой и расположением этих маленьких кристалликов.

2. Естественные иллюзии, вызванные особенностями зрительного восприятия.

К этому типу иллюзий можно отнести слепое пятно, явления иррадиации, инерции зрительного восприятия и ряд других.

Наличие слепого пятна , то есть участка на сетчатке каждого глаза, не воспринимающего свет, связано с тем, что в том месте, где в глаз входит зрительный нерв, нет светочувствительных окончаний нервных волокон. Изображения предметов, приходящиеся на это место сетчатки, не передаются мозгу. Казалось бы, слепое пятно должно мешать нам видеть весь предмет, но в обычных условиях мы этого не замечаем. Прежде всего, потому, что изображения предметов, приходящиеся на слепое пятно в одном глазу, в другом проектируются не на слепое пятно. Во-вторых, потому, что выпадающие части предметов заполняются образами соседних частей, находящихся в поле зрения.

Явление иррадиации часто встречается в жизни. Светлые предметы на темном фоне кажутся нам больше, чем темные на светлом (Рис. 9 ). В темной одежде люди выглядят тоньше, чем в светлой. Смотря на солнце через крону березы, листья кажутся нам меньше, чем они есть на самом деле. Глядя на молодой серп луны, может показаться, что его радиус больше радиуса самой луны.

Инерция зрения. Суть этой оптической иллюзии заключается в том, что сетчатка глаза (глазное дно) под действием световых лучей на некоторое время сохраняет полученное изображение. Эффект тем сильнее, чем выше цветовая контрастность и яркость наблюдаемого рисунка. Именно поэтому мы и получаем возможность в темноте «рисовать» палочкой с горящим угольком разные узоры.

Инерцией зрения можно объяснить и то, что зрение как бы «уравновешивает» одно яркое впечатление противоположным. Например, если долго и неотрывно смотреть на негативное изображение, то потом, закрыв глаза, можно увидеть это же остаточное, тающее изображение, но в позитиве. Черные цвета меняются на белые, красные - на зеленые, голубые - на желтые и наоборот.

Станция Московского центрального кольца «Деловой центр» покрыта изумрудно-зеленой прозрачной крышей - как в «Волшебнике Изумрудного города» (Рис. 10 ). Когда на поезде выезжаешь из под купола этой станции, все вокруг несколько секунд кажется красновато-розовым. Так проявляет себя инерция зрительного восприятия.

Относительность восприятия размеров природных объектов.

Когда полная Луна склоняется низко над горизонтом, она визуально имеет намного больший размер, чем когда находится высоко в небе (Рис. 11 ). Это явление волновало многих ученых, пытавшихся найти ему разумное объяснение. Сегодня принято считать, что это - обычная оптическая иллюзия. Известно, что визуальное восприятие размеров видимого человеком объекта определяется габаритами других предметов, наблюдаемых по соседству. Когда Луна находится низко над горизонтом, в поле зрения человека попадают дома, деревья и другие более мелкие и, как правило, более темные объекты. На их фоне ночное светило кажется большим, чем оно есть в действительности.

Этим же принципом относительности восприятия размеров природных объектов объясняется иллюзия Эббингауза (Рис. 12 ). Размеры оранжевых кругов одинаковы, но зрение обманывает нас: кажется, что в окружении маленьких шариков оранжевый круг больше. Предметы всегда будут казаться больше своей реальной величины на фоне более мелких предметов, и наоборот.

Не менее известной иллюзией восприятия размера является иллюзия Мюллера-Лайера (Рис. 13 ). Посмотрев на рисунок, многие скажут, что отрезок со стрелками наружу длиннее отрезка со стрелками, направленными внутрь. На самом деле отрезки равны.

Еще один пример такого вида иллюзии - иллюзия Понцо(Рис. 14 ). Всем кажется, что дальний отрезок больше ближнего. Однако они равны. Иллюзия создается из-за ошибки нашего мозга, потому что он привык, что, чем дальше предмет, тем он меньше.

Иллюзии искажения формы.

Параллельные линии будут восприниматься как непараллельные, если их рассматривать на фоне взаимно пересекающихся косых линий (Рис. 15 ). 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.

3. Искусственные иллюзии, связанные с намеренным изменением (искажением) окружающего пространства.

Этот тип иллюзий включает большое количество находок человека по обману зрительного восприятия за счет изменения окружающего пространства. Этим методом активно пользуются фокусники-иллюзионисты. Иллюзии в цирке создаются за счет использования специальных приспособлений - 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 (Рис. 16 ), распиливания их или сжигания.

Но не только иллюзионисты намеренно искажают наше зрительное восприятие окружающего мира. Как мы видели, активно этим пользуются архитекторы (еще со времен Древней Греции), а также художники, дизайнеры.

Например, иллюзорный «Растаявший дом» (Рис. 17 ). Это лишь рисунок на брезенте, которым закрыли дом в Париже, находящийся на реконструкции. Идея и воплощение принадлежат художнику Питеру Давали.

Одним из лучших примеров оптической иллюзии в архитектуре является дом таможенной службы в Мельбурне, Австралия (Рис. 18 ). Каждый этаж дома одинаковой высоты, хотя создается впечатление, будто они то расширяются, то сужаются. Этот дом воспроизводит так называемую «иллюзию стенки кафетерия», которую заметили в 1979 году в одной из кофеен английского города Бристоль.

Не менее яркое впечатление производят сегодня на жителей городов обманные граффити в стиле стрит-арт: рисунки на стенах домов или на асфальте (Рис. 19-21 ). Под определенным углом просмотра они смотрятся очень эффектно!

«Невозможные фигуры». Интересные оптические иллюзии, вызванные попыткой нашего сознания представить видимое изображение в реальности, относятся к классу так называемых «невозможных» фигур (Рис. 22 ). Такие фигуры представляют собой двухмерное изображение трехмерных, объемных объектов. Но при внимательном их рассмотрении становится ясно, что такие фигуры нарушают привычные закономерности.

Запоминающимся примером комплексного искусственного преобразования окружающего пространства служит комната Эймса . Это помещение неправильной формы, используемое для создания трехмерной оптической иллюзии. Комната, спроектированная американским офтальмологом Альбертом Эймсом, построена так, что спереди выглядит как обычная комната кубической формы с задней стенкой и двумя боковыми стенами, параллельными друг другу и перпендикулярными к горизонтальным плоскостям пола и потолка. Однако истинная форма комнаты трапециевидная: стены наклонены, потолок и пол также находятся под наклоном, а один из углов находится гораздо ближе к зашедшему в комнату наблюдателю, чем другой.

В результате оптической иллюзии человек, стоящий в одном углу, кажется наблюдателю гигантом, в то время как человек, стоящий в другом углу, - карликом. Иллюзия настолько убедительна, что человек, идущий вперед и назад от левого угла в правый угол, «растёт» или «уменьшается» на глазах.

Принцип комнаты Эймса широко используется в кино и на телевидении для создания спецэффектов, когда человека на самом деле нормального роста необходимо показать в качестве гиганта или карлика.

4. Искусственные, нацеленные на изменение (обман) работы зрительного восприятия.

Примером иллюзий такого типа может служить оптическая иллюзия «Вращающиеся змеи» (Рис. 23 ), которую разработал японский ученый-врач Акиоши Китаока. Ощущение движения неподвижной картинки возникает, когда глаз цепляется за мелкие детали, как бы «ощупывает» изображение. Если взгляд остановить, иллюзия движения пропадает.

Одно и то же вращающееся изображение может вращаться в разные стороны. Большинство иллюзий движения неподвижных картинок построены на регулярном повторе разных по яркости или цвету фрагментов. Разглядывая их, глаз совершает быстрые скользящие движения - саккады. Саккады играют ключевую роль в рассматривании иллюзий подобного типа. В ходе экспериментов ученые выяснили, что при взгляде на такие картинки активизируются те же нейроны, что и при взгляде из окна быстро движущегося поезда, когда кажется, что пейзаж «едет мимо», а не наоборот.

Стереоскопические картинки не только интересны и необычны (Рис. 24, 25 ). На первый взгляд они представляют собой неразборчивые узоры, но если посмотреть на картинку правильно, можно увидеть то, что на самом деле изображено на ней. Для этого следует попытаться перефокусировать взгляд на условную точку позади картинки, одновременно совместив схожие узоры, находящиеся поблизости. Тогда стереокартинка начнет раздвигаться вглубь и вширь, открывая глазу невидимое ранее объемное пространство с объемными фигурами.

Часть 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ

ОПТИЧЕСКИХ ИЛЛЮЗИЙ

Для проверки гипотезы и воссоздания условий, при которых возникают оптические иллюзии, было проведено несколько практических экспериментов.

Эксперименты на преломление света в разных средах.

1. Было проведено наблюдение за цветным изображением, расположенным позади кастрюли с кипящей водой, и установлено, что поднимающийся пар искажает (преломляет) световые лучи, идущие от изображения к глазу.

2. Было проверено, что изображение позади банки с налитой в нее водой (например, стрелочки) меняется на зеркальное. Слои воды и стекла преломляют световые лучи.

3. Проведен эксперимент на визуальное восприятие стеклянного шарика в двух средах: в пресной воде и в подсолнечном масле. В стакане с водой шарик был хорошо виден, а масле - практически не виден (Рис. 26 ). Объяснение найдено в научно-популярной литературе: коэффициенты преломления света у стекла и масла практически одинаковые, а прозрачные объекты с одинаковым коэффициентом преломления света визуально сливаются.

Эксперимент, выявляющий механизм инерции зрительного восприятия.

1. Просмотр нескольких видеороликов, на которых негативное цветное изображение сменялось черно-белым, показал, что такое изображение визуально воспринимается как цветное - сетчатка «раскрашивает» его противоположными цветами: - черный заменяется белым, зеленый - красным; желтый - голубым, и наоборот.

2. Схожий эффект можно было наблюдать, выезжая на поезде из-под зеленого купола станции «Деловой центр» Московского центрального кольца (Рис. 10 ): все вокруг приобретало красновато-розоватые тона.

В научно-популярной литературе было найдено объяснение этому явлению. Колбочки (клетки-рецепторы) на глазном дне воспринимают три цвета: красный, зеленый и голубой. Если долго и пристально смотреть на зеленый цвет, рецепторы, отвечающие за него, перегружаются, и вместо них активно начинают работать красный и голубой рецепторы.

3. Механизм инерции зрительного восприятия проверялся на быстро сменяющихся картинках с помощью специальной быстро вращающейся картонки, на одной стороне которой был нарисован аквариум, а на другой - рыбка. Картинки совмещались - рыбка попадала в аквариум. Также был приобретен и изучен альбом «Синематографика». Было установлено, что перемещение специальной разлинованной пластины визуально связывает отдельные «кадры» и создает иллюзию оживления картинок.

4. Еще одним ярким экспериментом стало создание волчка или диска Бэнхема (Рис. 27 ). Черно-белые полосы при вращении создавали иллюзию цвета. Можно было разглядеть и фиолетовый, и зеленоватый, и коричневый цвета, которых в действительности не было. Интересно, что точного и окончательного объяснения этой иллюзии у ученых нет до сих пор.

Эксперимент, выявляющий стробоскопический эффект.

Загадка вращающегося поочередно то в одном, то в другом направлении миража спиннера, о котором речь шла в начале работы, связана с тем, что называют стробоскопическим эффектом. И причина возникновения этой иллюзии, как было установлено, вызвана быстрым, незаметным глазу мерцанием искусственных источников освещения. Это мерцание «покадрово» высвечивало разные положения лепестков спиннера, так что глазу казалось, что он кружится то в одном, то в другом направлении. Дневной свет не мерцает, поэтому в естественных условиях этой иллюзии не наблюдалось.

Глазу кажется, что спиннер вращается в противоположном направлении, когда в каждой последующей высвеченной мерцающей лампой позиции лепесток спиннера «не успевает» достичь той точки, в какой он находился в момент предыдущей вспышки.

Стробоскопический эффект объясняет иногда наблюдаемое в кинематографе явление, когда, например, колеса начинают вращаться в обратном движению транспортного средства направлении. Кадры кинопленки поочередно «схватывают» такие позиции вращающегося колеса, которые создают иллюзию обратного вращения.

«Ожерелья» цифр на калькуляторе также объяснялись мерцанием светодиодных ламп дисплея; при быстром движении калькулятора в воздухе каждая «вспышка» «повисала» своим отдельным «кадром». А вот накладывались кадры друг на друга в силу инерции зрения. Интересно здесь то, что мозг человека как бы задерживает на несколько мгновений отдельные зрительные образы, из-за чего быстро сменяющиеся впечатления сливаются в связную целостную картину. Именно поэтому в темноте горящим угольком-точкой можно рисовать в воздухе разные линии и другие фигуры.

Оказалось, что еще в 1765 году французский физик Шевалье д’Арси предоставил в Академию наук доклад об опыте с вращением в темноте колеса, на обод которого прикреплялись раскаленные угли. На основании этого опыта д’Арси утановил, что длительность «персистенции сетчатки человеческого глаза», то есть задержки зрительного образа, длится примерно тринадцать сотых секунды. По современным представлениям - около 0,06 секунды.

Анкетирование учащихся 3-4-х классов Одинцовской лингвистической гимназии.

Проведенное анкетирование среди учащихся 3-4-х классов Одинцовской лингвистической гимназии (см. Приложения №№ 1, 2) показало, что учащиеся начальной школы в целом слабо ориентируются в оптических иллюзиях, легко покупаются на зрительные обманы. В четырех ключевых тестовых вопросах только 39% участников опроса (чуть больше 1/3) дали верные ответы. А стереоскопическую картинку, приведенную в самом конце теста, правильно распознать не смог никто из 44 участников опроса.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе исследования мы пришли к выводу: осознанию процесса собственного зрительного восприятия нужно уделять внимание, нужно учиться контролировать собственные впечатления, проверять себя и не доверять всему подряд на глаз. Следует подключать логику и производить необходимые измерения.

В процессе проведения исследования и практических экспериментов было найдено подтверждение тому, что возникновение оптических иллюзий связано с нарушениями привычных, устойчивых механизмов зрительного восприятия окружающего пространства, а также по причине изменений (нарушений) в работе механизмов зрительного восприятия. Более того, изучение научно-популярной литературы показало, что большую роль в возникновении оптических иллюзий играет работа не только зрительного аппарата (глаза, сетчатки), но и работа мозга, в том числе, воображения.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Артамонов И.Д. Иллюзии зрения. - М., 1969.

Большая электронная энциклопедия Кирилла и Мефодия.

Дёмин П. Физические эксперименты и психологические иллюзии. - М., 2006.

Луизов А.В. Цвет и свет. - М., 1989.

Перельман Я.И. Занимательная физика. - М., 2010.

Пирожников Л.Б. Что такое голография? М., - 1982.

Рутерсвард О. Невозможные фигуры. - М., 1990.

http:/noviten.Com N. // Зрительные иллюзии и феномены.

http:/basik.ru. // Зрительные иллюзии и феномены

http://illuzi.ru/node/633#ill_info // сайт, посвященный оптическим иллюзиям

http://proglaza.ru/stroenieglaza/setchatka.html // Строение сетчатки глаза человека

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

АНКЕТА

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

РЕЗУЛЬТАТЫ АНКЕТИРОВАНИЯ

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

ИЛЛЮСТРАЦИИ

Под физическими иллюзиями медики понимают ошибки, связанные с ложным проявлением физических свойств некоего предмета или действия. Так, если смотреть на ложечку, помещённую в стакан с водой, то она кажется согнутой вследствие различного преломления лучей света разными по плотности средами - стеклом и водой. Особым образом влияет на зрительное восприятие, например, туман, являющийся нередкой причиной несчастных случаев и происшествий из-за того, что в тумане искажается восприятие реального расстояния до предмета. Обманы зрения, или оптические иллюзии, могут быть связаны также с влиянием контраста цветов, освещённости окружающих человека предметов, движения объекта, что учитывалось ещё древнеегипетскими жрецами при сотворении «чудес».

Физические иллюзии не надо путать с нарушениями зрения, когда человек может видеть туман или пятна перед глазами, появление которых нельзя объяснить физически. Тогда нужно обратиться к глазному . Узнать, какой специалист лучше, посмотреть рейтинг и каталог Москвы http://mosglaz.ru/our-staff.html можно на сайте мосглаз.ру.

Наиболее часто встречаются иллюзии, вызванные особенностями объекта восприятия: светлые предметы, например, кажутся больше, чем равные им по величине тёмные; зеркальная стена зрительно расширяет помещение, создаёт иллюзию простора; серая полоска на светлом фоне всегда кажется темнее, чем на чёрном (иллюзия яркостного контраста); на одинаковом расстоянии светлый предмет покажется ближе, чем однотипный тёмный.

Физиологические иллюзии обусловлены особенностями восприятия нормально функционирующих анализаторов. Например, если надавить сбоку на глаз, то предмет, на который человек смотрит, раздвоится из-за смещения осей зрения. Объект, на который направлено наше внимание, всегда кажется движущимся независимо от того, движется ли он сам или его фон (феномен «иллюзии движения», например, глядя через окно стоящего поезда на медленно проходящий мимо состав на соседнем пути, вам кажется, что движетесь именно вы). Учёт иллюзий движения важен в производственной деятельности, связанной с вращающимися деталями, поскольку их игнорирование может приводить к травматическим последствиям. К этой группе иллюзий относят и «иллюзию звезды»: если пристально и долго смотреть вечером на светящуюся звезду, станет казаться, что она движется; с такой иллюзией могут столкнуться лётчики во время полёта, иллюзорно приняв светящуюся звезду за движущийся самолёт.

Статью подготовил и отредактировал: врач-хирург

Видео:

Полезно:

Статьи по теме:

1. Потребность в воде Вода абсолютно необходима для существования организма и по значимости уступает место лишь...
2. При планировании тренировочных занятий для здоровья у взрослых следует строго соблюдать регулярность занятий, чтобы избежать...
3. Впервые в 1986 г. L. Nelson установил, что физические нагрузки при гипертонии полезны — происходит...
4. Случаи нарушения восприятия чаще встречаются в форме некоторых субъективных иллюзий (искажённого восприятия объектов, возникающего по...
5. Мифы и иллюзии клятвы Гиппократа. «После принятия врачом клятвы Гиппократа на его шее «затягивается стетоскоп»,...
6. При длительной изоляции от внешних раздражителей (в авиации, космонавтике, в других профессиях, где люди подолгу...

Городская научно-практическая конференция

школьников и учащейся молодежи

Научное общество учащихся «Открытие»

МОУ «Лицей №1656»

Направление: ФИЗИКА

Оптические иллюзии

Выполнили: Грицай Дмитрий,

Колесов Дмитрий

9 класс МОУ «Лицей № 166»

Руководитель:

Пужульс Ирина Николаевна,

учитель физики высшей

МОУ «Лицей № 1656 »

г.Томск – 2007

Введение ...........................................................................................................3

Глава I . Объяснение оптических иллюзий с точки зрения

физики, биологии, психологии.

1.1. Зрительный процесс с точки зрения биологии.......................................5

1.2. Психология зрения....................................................................................5

1.3. Физическая оценка окружающего...........................................................6

Глава II

2.1. Воображение и реальность......................................................................7

2.2. Невозможные фигуры - особенность воображения..............................8

Глава III . Оптические иллюзии.

3.1. Оптические иллюзии - неотьемлемая часть человеческой жизни… 11

3.2. История открытий ……………………………………………………..12

3.3. Классификация оптических иллюзий ……………………………..12-15

3.3.1. Иллюзия пересечения ………………………………………………..12

3.3.2. Иллюзия «продолжения-обрыва» …………………………………..13

3.3.3. Иллюзия искривления ……………………………………………….13

3.3.4. Иррадиация ………………………………...………………………...14

3.3.5. Внешнее давление на размеры предмета ………………………......15

Заключение …………………………………………………………………16

Научная литература ………………………………………………………17

Введение.

В настоящее время, несмотря на развитие науки и техники, человек продолжает пользоваться своими субъективными оценками по всем направлениям. Конечно, если это касается нематематических наук, то в этом нет ничего плохого, но когда речь идет об оценках, при ошибке в которых, может произойти непоправимое, то тогда следует забыть об интуиции и воспользоваться измерительными приборами. Это, безусловно, касается так называемой оценки «на глаз».

Выражение «обман зрения» очень распространено. К сожалению, наш глаз не точный прибор в мире, поэтому и ему свойственно ошибаться. Эти ошибки называют оптическими иллюзиями. Их известно очень большое количество и все они не однотипны, как и причины, их возникновения. Вот два жизненных случая:

В Калифорнии есть гора, о которой местные автомобилисты говорят, что она обладает магнитными свойствами. Дело в том, что на небольшом участке дороги длиной 60м у подножья этой горы наблюдаются необыкновенные явления. Участок этот идет наклонно. Если у автомобиля, едущего вниз по наклону, выключить мотор, то машина катится назад, т.е. вверх по наклону, как бы подчиняясь «магнитному притяжению» горы. Это поразительное свойство горы считалось установленным настольно достоверно, что в соответствующем месте дороги красуется даже доска с описанием феномена.

Нашлись, однако, люди, которым показалось сомнительным, чтобы гора могла притягивать автомобили. Для проверки произвели нивелировку этого участка дороги. Результат получился неожиданным: то, что все принимали за подъем, оказалось спуском с уклоном в 2 градуса. Такой уклон может заставить автомобиль катиться без мотора на очень хорошем шоссе.

Иллюзией зрения объясняются также рассказы путешественников о реках, вода в которых течет вверх по уклону. Привожу выписку об этом из книги одного физиолога, профессора Бернштейна «Внешние чувства»: «Во многих случаях мы склонны ошибаться при суждении о том, горизонтально ли данное направление, наклонено ли оно вверх или вниз. Идя, например, по слабо наклоненной дороге и видя на некотором расстоянии другую дорогу, встречающуюся с первой, мы представляем себе подъем второй дороги более крутым, чем на самом деле. С удивлением убеждаемся мы затем, что вторая дорога вовсе не так крута, как мы ожидали».

Это объясняется тем, что мы принимаем дорогу, по которой идем за основную плоскость, к которой относим наклон других направлений. Мы бессознательно отождествляем ее с горизонтальной плоскостью и тогда, естественно, представляем преувеличенным наклон другого пути.

Этому способствует то, что мышечное наше чувство совсем не улавливает при ходьбе наклонов в 2-3 градуса. На улицах Москвы, Киева и других холмистых городов часто приходится наблюдать иллюзию, о которой говорит ученый - физиолог. Еще любопытнее другой обман зрения, которому случается поддаваться в неровных местностях: ручей кажется нам текущим в гору!

При спуске по слабо наклонной дороге, идущей вдоль ручья, который имеет еще меньшее падение, т.е. течет почти горизонтально, нам кажется, что ручей течет вверх по уклону. В этом случае мы тоже считаем направление дороги горизонтальным, так как привыкли принимать ту плоскость, на которой стоим, за основу для суждения о наклоне других плоскостей.

Поэтому, чтобы люди допускали меньше ошибок, безоговорочно доверяя своим глазам, им необходимо учитывать некоторые особенности своего зрительного аппарата.

Цели работы:

1. Объяснить природу возникновения оптических иллюзий.

2. Объяснить с точки зрения биологии, психологии и физики возможность их появления.

3. Классифицировать оптические иллюзии.

4. Показать применение особенностей нашего воображения на примере невозможных фигур.

Задачи:

1. Изучить литературу.

2. Освоить методику анализа и синтеза.

3. Выделить существенные признаки рассматриваемых иллюзий.

4. Сгруппироватьиллюзии содинаковыми существенными признаками.

5. Сделать выводы.

Научная новизна:

Была проведена классификация оптических иллюзий.

Глава I . Объяснение оптических иллюзий

с точки зрения физики, биологии, психологии.

1.1. Зрительный процесс с точки зрения биологии.

Глаз человека - сложнейший оптический прибор, с помощью которого человек воспринимает 90% окружающей нас жизни. Астроном и физик Иоган Кеплер в 19 веке рассмотрел устройство глаза с точки зрения оптики. Он показал, что на глазном дне формируется изображение окружающих предметов. По законам оптики такое изображение должно быть перевернутым. Именно поэтому перевернутым видит мир новорожденный младенец. Но постепенно мозг начинает переворачивать изображение и привыкает к этому. Интересно, что, если человек будет долго продолжать носить очки, переворачивающие изображение, то мозг опять поставит его «на ноги». А вот линзу, подобную хрусталику глаза люди не создали и по сей день. Ведь он может, становясь, то более выпуклым, то менее «наводить резкость» на ближние и дальние предметы. Но, если этот механизм нарушается, то у человека появляется, либо дальнозоркость, либо близорукость, поэтому ему в таком случае приходится носить очки.

Дно, на которое попадает и формируется изображение в уменьшенном виде, передает изображение сетчатке, которая воспринимает его. Между хрусталиком и сетчаткой лежит прозрачное стекловидное тело, похожее на студень. Благодаря тому, что внутри сетчатки есть зрительный пурпур, выцветающий под действием света, мы можем его воспринимать. Сетчатка состоит из клеток, называемых палочками и колбочками. Благодаря палочкам мы воспринимаем черно-белое изображение. Колбочки различают цвет: одни - синий, другие - зеленый, третьи - красный. Все остальные цвета являются для человеческого глаза смешанными.

1.2. Психология зрения.

Вместе с тем известно, что изображение, попав нам в глаз и дойдя до сетчатки по специальным мозговым каналам, попадает в головной мозг, где и формируется. При этом импульсы зрительной системы ничем не отличаются от импульсов нервных клеток носа, кожи уха. Мозг воспринимает их сообщения зрительными образами только потому, что знает, откуда они пришли. Там человек и представляет изображение. Но почему мозг способен представить изображение. Этим вопросом с недавнего времени занимается психология.

Мозг человека, помимо восприятия, мышления, памяти и ряда других психических процессов имеет особенную форму психики, присущую исключительно людям - воображение.

Ни в чем другом, кроме воображения, не проявляется идеальный и загадочный характер психики. Можно предполагать, что именно воображение, желание понять и объяснить привлекло внимание к психическим явлениям в древности, поддерживало и продолжает его стимулировать в наши дни. Что же касается загадочности этого феномена, то она состоит в том, что до сих пор нам почти ничего ни известно о механизме воображения, в том числе о его анатомо-физиологической основе. Даже то, в каком отделе головного мозга локализовано воображение, науке не известно.

Благодаря воображению человек творит, разумно планирует свою деятельность и управляет ею. Почти вся человеческая материальная и духовная культура является продуктом воображения и творчества людей, а какое значение эта культура имеет для психического развития и совершенствования вида «гомосапиенс», мы все уже достаточно хорошо знаем. Воображение выводит человека за пределы его сиюминутного существования, напоминает ему о прошлом, открывая будущее. Обладая богатым воображением, человек может «жить» в разном времени, что не может позволить себе никакое другое живое существо в мире. Прошлое зафиксировано в образах памяти, произвольно воскрешаемых усилием воли, будущее представлено в мечтах и фантазиях.

Воображение во многом помогает человеку в тех случаях жизни, когда практические действия или не возможны, или затруднены, или просто нецелесообразны (бесполезны).

От восприятия воображение отличается тем, что его образы не всегда соответствуют реальности, в них есть элементы фантазии, вымысла. Если воображение рисует сознанию такие картины, которым ничего или мало чего соответствует в действительности, то оно носит название фантазии.

1.3. Физическая оценка окружающего.

Физика, в свою очередь, является точной наукой, поэтому, чтобы не вгрызаться в полемику - фантазия важнее и нужнее или реальность, скажем, что и реальность несет немаловажную роль. Человек видит все вокруг себя в уменьшенном размере, воспринимает только солнечные лучи. Из биологии известно, что глаз - орган неидеальной точности. На глаз влияют мышцы различной силы, у сетчатки глаза есть некоторая кривизна, оба глаза расположены горизонтально, в них есть слепые пятна, да и вообще: область бинокулярного зрения у человека мала и видит он только перед собой, в то время как муха со своими фасеточными глазами способна видеть и сзади и воспринимать более 300 изображений в секунду!

Поэтому доверие такому варианту субъективной оценки как «на глазок», особенно в физике, не оправданно. Следовательно, то, что есть на самом деле, мы воспринимаем с искажениями.

Глава II . Особенности человеческого воображения.

2.1. Воображение и реальность

Воображение может быть четырех основных видов: активное, пассивное, продуктивное и репродуктивное. Сталкиваясь с оптическими иллюзиями, люди без воли обманывают свой разум, чаще всего даже не замечая этого и, лишь прибегнув к помощи измерительных приборов, обнаруживают несоответствие. Некоторое время назад вы смогли убедиться в этом. Посмотрите на рисунок 1: на нем две перпендикулярные друг другу палочки, которые пересекаются.

Они равны, но кажется что вертикальная заметно длиннее горизонтальной. Когда наблюдателей просили нарисовать на самом деле равные палочки, то от реальных размеров результат отличался на 33%! Образы пассивного воображения возникают помимо воли и желания человека. Но никакая фантазия не способна изобрести нечто такое, что не было бы человеку известно, следовательно: человек сознательно будет изображать эти палочки с несоответствием в 33%, так как уверен в своей правоте и, даже узнав об ошибке, он и в дальнейшем будет ее совершать, ведь именно в таком виде они будут для него равными, к тому же это закоренелая привычка, избавиться от которой практически невозможно.

Как было написано выше, именно благодаря воображению человек способен творить. Но чаще всего, импульсом творческого процесса является активное (усилием воли), продуктивное (сознательное конструирование без воспроизведения созданного до…) и репродуктивное (копирование) типы воображения.

Гораздо реже таким толчком служит пассивное воображение. Хотя известно на примере поэзии, как автор непроизвольно сочиняет стихи, при этом стремится найти возможность записи новой рифмы, чтобы не потерять ее. Говорят: появилось вдохновение. Кроме того, творческий процесс, начинаясь, как правило, с волевого усилия, т.е. с акта воображения, постепенно настолько захватывает автора, что воображение становится спонтанным, и уже не он творит образы, а образы владеют и управляют художником, и он подчиняется их логике.

2.2. Невозможные фигуры - особенность воображения.

Поэтому появилась цель подробнее рассказать об особом виде иллюзий и рисунков: невозможные фигуры и объекты. Первую невозможную фигуру создал в 1934 году шведский художник Оскар Ройтерсверд, изобразив девять кубиков в особом порядке (рис.2).

Перу Ройтерсверда принадлежат сотни вариантов. Три из них, в том числе кубики, были воспроизведены на серии почтовых марок, выпущенных в Швеции в 1982 году.

Но, пожалуй, самая известная из невозможных фигур - это треугольник Пенроуза, (рис.3) опубликованный в 1958 году в «Британском психологическом журнале» Л. и Р. Пенроузами.

Они основывались на рисунке Ройтерсверда. Присмотревшись к треугольнику, мы видим, что все три угла этой рамы являются прямыми, хотя ясно, что этого быть не может. Здесь вступают в конфликт между собой усвоенные нами с детства правила изображения предметов на плоском листе бумаги.

Еще больше подливает масла в огонь конфликта между воображением и здравым смыслом - чертеж, показывающий, как можно сделать треугольник Пенроуза (рис.4).

Как вы видите для этого нужно всего то три деревянных кубика и три брусочка, соединенных палочками, как показано здесь или клеем - и готово!

Несмотря на всю простоту этого треугольника, можно нарисовать невозможную фигуру из меньшего количества элементов. Обратите внимание на этот пример из двух брусков (рис.5): справа они лежат друг на друге, а слева - рядом друг с другом.

Поняв принцип рисования простых невозможных фигур, можно рисовать и более сложные. Обратите внимание на эту трапецию (рис.6) - принцип ее рисования заключен в том, что углы её, если к ним приглядеться, на самом деле прямые, аналогично углам в невозможном треугольнике Пенроуза.

А этот кубик (рис.7) примечателен тем, что, если вспомнить из геометрии его определение - все грани равны между собой, это совсем не кубик, хотя три средние грани, образующие перевернутый значок «Мерседеса», равны, но остальные, видимые нам шесть граней, нет. Вот объяснение его невозможности.

Известны фигуры, в которых пропадает один элемент или промежуток между элементами. Они близки по принципу начертания к «полуторабрусковым» рисункам. Попытайтесь сосчитать количество брусков на этом рисунке 8.

Неверно предполагать, что «невозможность» - удел лишь геометрических фигур. Такими эффектами пользовались и продолжают пользоваться художники сюрреализма, футуризма и ряда других направлений в живописи.

Вот продукт воображения некоего художника (рис.9). Это невозможный камертон, от которого исходит вполне нормальная тень, от которой отходят вполне нормальные, звуковые волны.

Как известно, к телескопу часто прикрепляют меньшую телескопическую трубу, так называемый искатель, позволяющий более или менее точно навести основной телескоп на тот участок неба, который мы хотим рассмотреть. Тогда сколько дополнительных подзорных труб пристроено к этому телескопу (рис.10).

И, если вы их обнаружите, где, собственно, основная-то труба!?

Вилка Дьявола (рис. 11) была таковой названа одним из увидевших за «феномен» превращения из четырехугольника с двумя отходящими прямоугольными параллелепипедами в трехштырьковую вилку с цилиндрическими концами.

Но на самом деле принцип вилки Дьявола очень прост - элементарен. Как известно, у части прямоугольного четырехугольника сбоку видно лишь три грани, а у цилиндра при наблюдении сбоку - две линии завершения, следовательно - три плюс три и разделить на два - три цилиндрика.

По принципу «вилки Дьявола» нарисовано множество картинок на другие темы и сюжеты. К примеру, на этой картинке (рис.12) три человечка слева несут три трубы, а два справа им помогают нести два… бруска.

А на этой картинке (рис.13) использованы свойства тени и, конечно, эффект исчезновения элемента.

Глава III . Оптические иллюзии.

3.1. Оптические иллюзии - неотьемлемая часть человеческой жизни

Ряд очень важных особенностей человеческого зрения позволил нам создавать изображения на плоскости, а воспринимать в объеме. А ведь это обман зрения. Смешение цветов на холсте мы бы восприняли пятнами, и картина была бы для нас множеством клякс на бумаге. Поэтому, то, что мы видим на картине лишь иллюзия повседневности.

3.2. История открытий.

Впервые исследование в области оптических геометрических иллюзий было сделано физиком Оппелем. Затем было более 200 научных работ на эту тему, где все авторы пытались найти свое объяснение этой проблеме. Каждый ученый долго разыскивал свою теорию на этот счет, однако, видимо, никто так и не догадался, что эти иллюзии, скорее являются правилом, нежели исключением и что эти особенности зрения и восприятия накладывают свой отпечаток на всю нашу повседневную жизнь, а не только на отдельные картинки. С особенностями зрения были очень хорошо знакомы древние греки - расстояние между колоннами Парфенона были разными, а зрителями воспринимались как одинаковые - иллюзия. Но один архитектор, более близкий нашему времени спроектировал здание с очень высокой точностью, а когда его построили, то оказалось, что если наблюдать спереди, то линия крыши вогнута наружу, если сбоку, то - вовнутрь. Все расстояния были четко промерены, но неточности не нашлось - особенности человеческого зрения. Иллюзия. Как одну из задач этой научной работы мы попытались классифицировать наиболее известные оптикогеометрические иллюзии и объяснить возможность появления некоторых из них.

3.3. Классификация оптических иллюзий.

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».

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.

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.

(8)

Иллюзия - ошибочное восприятие реально существующего объекта. Касательно органов чувств различают: зрительные, слуховые, обонятельные, тактильные и вкусовые иллюзии, а также иллюзии общего чувства (положения в пространстве).

Иллюзии могут возникать в любой сенсорной модальности. Иллюзии не обязательно связаны с какой- либо патологией: большинству людей знакомы; очень многие, проходя в одиночестве поздним вечером по темной улице, склонны «слышать» за спиной как бы преследующие их шаги. Определенные эмоциональные состояния, например тревога, часто сопровождаются подобными явлениями.

Чаще всего выделяют следующие типы иллюзий:

«нормальные» - могут возникать у полностью здоровых людей

• физические,
• физиологические,
• аффективные,

патологические - возникают при психических нарушениях

• вербальные
• парейдолические.

Физические иллюзии вызываются определенными физическими свойствами предмета. Например, это может быть северное сияние или мираж в пустыне.

Физиологические иллюзии - это те иллюзии, появление которых в большинстве случаев связано с особенностями работы анализаторов. Например, при внезапной остановке поезда кажется, что окружающие предметы еще двигаются. Иногда у психически больных людей могут возникать мысли о специальном значении таких явлений.

Иллюзии вербальные - это искаженное, ложное восприятие содержания реального разговора окружающих. При этом вопрос одного из посторонних собеседников, а также ответы другого воспринимаются больным как совсем другие. В этих разговорах больному слышатся уничижительные и оскорбительные замечания в его адрес, угрозы расправы, которые вызывают у него страх и тревогу.

Иллюзии аффективные - иллюзии, которые возникают в состоянии напряженного ожидания, страха, тревожно-подавленного настроения. При подобных обстоятельствах вместо стетоскопа в руках врача больной может увидеть нож или пистолет, а в шуме ветра дыхание настигающих его преследователей.

Иллюзии парейдолические связаны с искаженным восприятием, когда больной глядя, например, на обои, ковры, пятна на потолке или трещины на стене воспринимает их как яркие, динамично меняющиеся картины, на которых сменяют друг друга фантастические пейзажи, чудовища, сказочные герои и тому подобные видения. Такие иллюзии преимущественно возникают в инициальных стадиях острых психозов и требую неотложной помощи психиатра.

Психологи также описывают иллюзию установки, которая возникает при многократном сравнении пар предметов. В результате их вес воспринимается более легким или более тяжелым в зависимости от того, в какой последовательности они чередуются.

Возможно, наиболее распространенной патологической причиной иллюзий является сенсорная недостаточность (как, например, при ослабленном зрении или слухе); аналогичный эффект может возникать при крайне ограниченном поступлении сенсорных сигналов той или иной модальности, например в темноте. Сходное действие оказывает снижение уровня сознания. Особенно вероятно возникновение иллюзий при делирии. Например, в этом состоянии игра теней может быть искаженно воспринята, скажем, как движение каких-то опасных животных, а прикосновение постельного белья к коже — как ползание насекомых. Неудивительно, что больные, испытывающие такие иллюзии, часто выглядят испуганными.

Иллюзии следует отличать от других заблуждений, выводов (например, хорошо обработанное ювелиром стекло воспринимается как бриллиант) и функциональных

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Подобные документы

Иллюзии, основные причины их появления и возможные последствия. Зрительный аппарат человека. Причины, обусловливающие ту или иную иллюзию зрения. Виды оптических иллюзий по происхождению. Иллюзии в архитектуре, в рекламе, в цирке, в моде и в искусстве.

доклад , добавлен 19.03.2012


Исследование наиболее известных видов зрительных иллюзий и их природы, физическое обоснование. Экспериментальное изучение материалов о различных видах иллюзий зрительного восприятия, принципы и основные этапы их создания и апробации на практике.

презентация , добавлен 19.05.2014


Определение понятия "оптическая иллюзия" как впечатления о видимом предмете, несоответствующем действительности. Рассмотрение основных видов обмана зрения: анаморфозы (стерео-иллюзии), комната Эймса, перевертыши, искривляющие и движущиеся иллюзии.

реферат , добавлен 03.12.2014


Причины возникновения оптических иллюзий. Явление иррадиации. Иллюзия Мюллера-Лайера (перенесение свойств целой фигуры на ее отдельные части). Несуществующие фигуры. Эффект мерцания. Обратные изображения. Иллюзия глубины и движения. Следящие картины.

презентация , добавлен 29.01.2014


Локализация слухового восприятия по уровню интенсивности и временной разнице. Экспериментальное исследование выбора лучших параметров расположения динамиков для создания объемного звука или иллюзии источника звука при изменении угла и высоты между ними.

курсовая работа , добавлен 25.01.2012


Рассмотрение истории развития и предметов исследования нанотехнологии, биофизики (физические аспекты существования живой природы), космической биологии, астробиологии (иные формы жизни в космосе) и геофизики (строение Земли с точки зрения физики).

реферат , добавлен 30.03.2010


Форма и взаимное расположение фигур в пространстве, их свойства. Ошибки зрительного восприятия. Картины художника-одиночки Мориса Эшера. Понимание природы зрения и восприятия в целом, эффект иррадиации. Математическое начало в творчестве Мориса Эшера.

реферат , добавлен 18.01.2011


Теория диэлектрических волноводов. Анализ распространения волн в плоском оптическом волноводе с геометрической точки зрения и с точки зрения электромагнитной теории. Распределение электромагнитного поля и зависимость свойств волновода от его параметров.

курсовая работа , добавлен 07.05.2012