Научно-практическая работа "Всегда ли стоит верить своим глазам?"

Муниципальное Общеобразовательное Учреждение

«Средняя Общеобразовательная Школа № 2 города Пугачева Саратовской области»

Адрес: Саратовская обл., г. Пугачев, ул. Коммунистическая, 12

Телефон/факс: 8(84574) 2-19-38   e-mail: pugachevsosh2@mail.ru

II МЕЖРЕГИОНАЛЬНАЯ

НАУЧНО - ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ КОНФЕРЕНЦИЯ         ШКОЛЬНИКОВ «ШАГ В НАУКУ»

«Всегда ли стоит верить своим глазам?»

__________________________________________________________

Работу выполнил:

Чавушян Альберт Мисакович

4 Б класс

Руководитель проекта:

Барсукова Наталья Александровна

учитель начальных классов

2019

Содержание

1. Введение …………………………………………………………………..3-4
2. Основная часть…………………………………………………………….5-12

1. Что такое Иллюзия?...............................................................................5-6
2. Виды оптических иллюзий……………………………………………6-12

1. Естественные иллюзии ………………………………………….6-10
2. Искусственные иллюзии ………………………………………..11-12

3. Практическая часть ………………………………………………………..13-16
4. Заключение …………………………………………………………………17
5. Список используемой литературы. ………………………………………..18

Мне никогда не хотелось проникнуть за кулисы,

чтобы разгадать секрет фокусника.

Мне достаточно было того, что иллюзия существует.

Рей Брэдбери, американский писатель.

1. Введение.

С давних пор люди не только поражаются обманам зрения и забавляются зрительными иллюзиями, но и сознательно используют их в своей практической деятельности, пытаясь изобразить объёмные тела на плоскости так, чтобы чувствовалась глубина пространства. Уже тысячи лет зрительные иллюзии целенаправленно используются в архитектуре для создания определенных пространственных впечатлений, например, для кажущегося увеличения высоты и площади залов. Еще более эффективно зрительные иллюзии используются в изобразительном и цирковом искусстве. Зрительные иллюзии стали основой кинематографии и телевидения, учитываются в полиграфии и в военном деле. Выражение «обман зрения» очень распространено. К сожалению, наш глаз не точный прибор в мире, поэтому и ему свойственно ошибаться. Эти ошибки называют оптическими иллюзиями. Попросту говоря – это неверное представление реальности. Стоит ли доверять всему, что мы видим? Можно ли увидеть то, что никто не видел? Правда ли, что неподвижные предметы могут двигаться? В своей работе я постараюсь ответить на все поставленные вопросы.

Цель моего проекта: Определить виды зрительных иллюзий и их природу. Экспериментальным путём исследовать иллюзию зрительного восприятия. Попытаться самостоятельно создать оптическую иллюзию.

Объект исследования - оптические иллюзии.

Предмет исследования - причины возникновения оптических иллюзий.

Гипотеза исследования – в основе иллюзий лежат обычные природные явления.

Задачи:

• анализ научной литературы по проблеме исследования
• наблюдение классических примеров зрительных иллюзий
• собственные наблюдения зрительных иллюзий
• провести исследование, в ходе которого можно будет определить процент объективности восприятия объекта учащимися моего класса.

2. Основная часть

2.1 Что такое «Иллюзия»?

Человек воспринимает большую часть информации об окружающем мире благодаря зрению, но мало кто задумывается о том, как именно это происходит. С этим вопросом я обратился к учителю физики Ершовой Анне Александровне. Она мне рассказала много интересного.

 Чаще всего глаз считают похожим на фотоаппарат или телекамеру, проецирующую внешние объекты на сетчатку, которая является светочувствительной поверхностью.

 Мозг "смотрит" на эту картинку и "видит" все, что нас окружает. Однако не все так просто. Во-первых, изображение на сетчатке перевернуто. Во-вторых, из-за несовершенных оптических свойств глаза, таких как астигматизм и рефракция, картинка на сетчатке размазана. В-третьих, глаз совершает постоянные движения: скачки при рассматривании изображений и при зрительном поиске, мелкие непроизвольные колебания при фиксации на объекте, относительно медленные, плавные перемещения при слежении за движущимся объектом. Таким образом, изображение находится в постоянной динамике. В-четвертых, глаз моргает приблизительно 15 раз в минуту, а это значит, что изображение через каждые 5-6 секунд перестает проецироваться на сетчатку. Так что же "видит" мозг?    Оптическое искажение– иллюзию. 

Слово «иллюзия» происходит от латинского слова illudo, означающего «обманываю, насмехаюсь, разыгрываю». Это говорит о том, что иллюзии с давних времен интерпретировались как некие сбои в работе зрительной системы. Оптическая иллюзия возникает тогда, когдато, что мы видим, не совпадает с тем, что есть на самом деле, - это и есть обман зрения.

Выделяются три основные причины иллюзии:

1) наши глаза так воспринимают идущий от предмета свет, что в мозг приходит ошибочная информация;

2) при нарушении передачи информационных сигналов по нервам происходят сбои, что опять же приводит к ошибочному восприятию;

3) мозг не всегда правильно реагирует на сигналы, приходящие от глаз.

Часто оптические иллюзии возникают сразу по двум причинам: являются результатом специфической работы глаза и ошибочного преобразования сигнала мозгом.

Особенность оптических иллюзий состоит в том, что порою даже люди с идеальным зрением неспособны увидеть оптическое искажение, заметить обман.

Некоторые зрительные обманы давно уже имеют научное объяснение, другие до сих пор остаются загадкой.

2. Виды оптических иллюзий:

1. Естественные оптические иллюзии

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.

Существуют еще боковые миражи. Они похожи на нижние, только в этом случае все отражается не от земли, а от нагретой солнечными лучами стены.

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 узоры в небесах Появление миражей обусловлено особым характером распространения света в непрозрачных средах. В среде с непрерывно изменяющимся показателем преломления световые лучи изгибаются, причем так, что своей выпуклостью они всегда оказываются обращенными в сторону уменьшения показателя преломления среды.

Слепое пятно

В процессе исследования я узнал удивительные особенности строения нашего глаза. Так, например, существует слепое пятно глаза, открытоефранцузским 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 сказать, что на самом деле нас обманывает наш собственный мозг, когда анализирует увиденное.

На этом этапе исследования я сделал для себя еще одно открытие -человек-невидимка из романа английского писателя Герберта Уэллса не мог видеть! У него прозрачны и зрачок, и хрусталик, поэтому лучи через глаза невидимого человека проходят без препятствий и не могут собраться в одну точку, чтобы создать образ на сетчатке. Таким образом, человек – невидимка должен быть слеп!

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.  

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.

 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 ее действительной величины. (Женщина справа кажется ниже и толще)

Движущиеся иллюзии

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

Геометрические иллюзии создают огромные возможности для художников, фотографов, модельеров. Однако инженерам и математикам приходится быть осторожными с чертежами и подкреплять «очевидное».

Иллюзия восприятия цвета

Важнейшим свойством нашего глаза является его способность различать цвета. Но и здесь иллюзиям удалось меня обмануть. На рисунке среди полос синего и желтого цвета я увидел два оттенка красного и два оттенка зеленого цвета, хотя реально есть только один красный и один зеленый цвет. Ошибка возникла из-за яркости фона и цвета окружающих предметов.

 В решетке Геринга на пересечении белых полос, за исключением того пересечения, на котором я фиксировал взгляд, были видны маленькие серые пятна. Получается, можно увидеть то, чего нет!?

Иллюзия движения

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 видятдвижение.

2. Искусственные иллюзии

Двойственные изображения

Двойственные изображения - это изображения, в которых человек выделяет для себя либо фон, либо фигуру в зависимости от его восприятия картинки.

Изображения – перевёртыши

Как ни крути, как не переворачивай изображения-перевертыши, а картинки местами не меняются.

Невозможные фигуры и объекты

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

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.

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!

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.

Иллюзии в цирке создаются за счет использования специальной техники - 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, 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.

3. Практическая часть.

Экспериментальные исследования восприятия иллюзий

Я привел примеры несколько видов оптических иллюзий. Следующим шагом является небольшой эксперимент с участием учащихся нашего 4Б 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 25 учащихся 4Б класса:

1-й рисунок

Какой из кругов, расположенный посередине больше?

  ЛЕВЫЙ                                ПРАВЫЙ

А) Левый больше

Б) Правый больше

В) Одинаковые

2-й рисунок

Подсчитайте количество ног у слона, изображенного на рисунке:

1. 4 ноги
2. 5 ног
3. 6 ног
4. 7 ног

3 -й рисунок

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

А) Левый         длиннее

Б) Правый  длиннее

В) Одинаковые

ВЫВОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ:

Я провел исследования среди учащихся нашего 4 Б класса   и определил процент восприятия иллюзий школьниками. Эксперимент показал, что мы не всегда видим то, что есть на самом деле, следовательно, наша гипотеза верна. Мы пришли к выводу: объекты и явления, которые мы видим, не всегда соответствуют реальности и являются правдой. Проведенный анализ учит нас, 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 72% учащихся за 3 опыта.

И, наконец, я попробовал свои силы в создании фотографий с оптическими иллюзиями.

Сначала может показаться, что оптическая иллюзия создается легко, на самом деле так и есть, но перед тем как добиться впечатляющих результатов ученые потратили достаточно много сил и времени на изучение структуры глаза, его особенности, особенности зрения и на реакцию глаз. Но на сегодняшний день оптическая иллюзия считается не только одним из методов исследования, обманы зрения считаются полезными для развития и природной тренировки глаз, а совсем недавно оптические иллюзии стали применять в жизни.  В основном это картины, иллюстрации или же фотографии.

Фотографии с оптическими иллюзиями в последнее время все больше и больше приобретают свою популярность, создаются специальные выставки, так как эти фотографии больше относятся к искусству, нежели к научной деятельности.

Я тоже решил попробовать себя в этом искусстве. Нарисовал несколько иллюзий.  (Показать слушателям)

4. Заключение

Итак, 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, явление иррадиации и астигматизм, 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 передает.

Тот факт, что не все иллюзии на сегодняшний день имеют свое 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. Мы создали сборник иллюзий, который с ребятами класса будем пополнять новыми, сделанными своими руками. Так ученики могут знакомится с основами физики, проводить разные эксперименты и исследования. На сегодняшний день в изучении иллюзий осталось еще немало тайн, которые ждут своих открытий.  

5. Список используемой литературы

1. Перельман Я.И. “Занимательная физика”
2. Толковый словарь русского языка С.И. Ожегова
3. Еженедельное приложение «Физика» к газете «Первое сентября» № 37, 2000.
4. Большая электронная энциклопедия Кирилла и Мефодия.
5. Детская энциклопедия по математике «Я познаю мир»
6. Калейдоскоп. Зрительные иллюзии// Квант-2006.-№5-С. 12-14.
7. https://multiurok.ru/files/zanimatiel-nyi-urok-fiziki-dlia-4-klassa-znakomstv.html
8. https://revolution.allbest.ru/physics/00896576_0.html
9. http://illuzi.ru/node/907