Научно-исследовательская работа на тему "Иллюзия и парадоксы цветового зрения"

Введение

Трудно придумать что-либо, больше привлекающее внимание и вызывающее любопытство и интерес, способное пошатнуть наше представление об окружающей действительности, чем оптические иллюзии.

Выражение «обман зрения» очень распространено. К сожалению, наш глаз не точный прибор, поэтому и ему свойственно ошибаться. Эти ошибки называют оптическими иллюзиями. Попросту говоря, это неверное представление реальности. Их известно очень большое количество, и все они не однотипны, как и причины, их возникновения. Зрение человека -  психофизический процесс  восприятия света.

Иллюзии и парадоксы цветового зрения различаются лишь тем, что иллюзии — это результат недопонимания, а парадоксы — результат ошибочных представлений ‏ㅤ исследователей.

Актуальность темы: Эта тема содержит бесконечное количество интеллектуальных ярких нестандартных идей.

Проблема: Парадоксы зрения,  теория не  объяснить, стараются объяснить с точки зрения работы мозга,  того, чтобы пересмотреть ‏ㅤ саму теорию.

Цель работы: Экспериментальным путем исследовать различные иллюзии и парадоксы цветового зрения, рассмотреть практическое применение.

Задачи исследования: Изучить теоретический материал, рассмотреть на опыте различные иллюзии, дать рекомендации по их практическому применению.

Гипотеза: Мы предполагаем, что исследование иллюзий и парадоксов цветного зрения позволит объяснить их природу с точки зрения физики.

Методы исследования:  В соответствии с задачами исследования были использованы методы систематизации теоретического материала, оценка сопротивляемости восприятию оптических иллюзий среди учащихся нашей школы, исследовательские методы, обобщение накопленного материала.

I. Природа зрительных иллюзий

Зрительные иллюзии связаны с некоторыми ограничениями и погрешностями процесса переработки информации в зрительной системе. Действительно, при рассматривании определённых объектов в специфическом окружении или в особых условиях наблюдения человек зачастую не вполне правильно оценивает размер, форму или цвет объектов, характер их движения, условия освещения и т. д. Часто «ошибочные» видимые образы очень убедительны, и человек, как правило, не может их «откорректировать» по своему желанию, даже если прекрасно осведомлён о том, что он должен был бы видеть, если бы зрение его не обманывало. Кроме того, к разряду зрительных иллюзий относят не только систематические ошибки восприятия, но и множество изобретенных людьми впечатляющих зрительных эффектов, в основе которых лежат фундаментальные свойства зрительных механизмов, а не их недостатки.

Эффекты принято делить на статические, не зависящие от времени, наблюдающиеся ‏ㅤ непрерывно, и динамические, проявление которых меняется во времени.

Рассмотрим некоторые зрительные эффекты:

1) Иллюзия расстояния  цветных кружков.

Расположим на нейтральном сером поле два одинаковых по размерам кружочка: красный и синий. Будет казаться,  синий кружок  дальше, а красный — ближе.

Объяснение: Согласно законам физики лучи света от объекта преломляются ‏ㅤ хрусталиком, обладающим существенной ‏ㅤ хроматической аберрацией, из-за которой изображение синего объекта проектируется ‏ㅤ на сетчатку ближе, а красного глубже, как в фотоаппарате с плохой линзой вместо объектива.

Слепое пятно

Естественные иллюзии появляются из-за особенностей в строении нашего зрительного аппарата. На поверхности сетчатки, у основания зрительного нерва, есть участок лишенный чувствительных к свету клеток. Лучи, приходящие в эту зону, не воспринимаются нами. Мы можем «терять» элементы окружающей нас картинки, если они совпадают со слепым пятном. [1]

2) Эффекты Бетцольда-Эбнея и Бетцольда-Брюкке.

При  яркости цветного  или при «» цвета белым,  цвет меняется. Но это происходит не со всеми цветами. Жёлтый и его противоположный, дополнительный ‏ㅤ цвет— , а также зелёный  меняются. Не меняются цвета, которые соответствуют ‏ㅤ длинам волн около 465, 507 и 571 нанометров, а также неспектральный (смешанный) цвет - пурпурный (см. рис. 1). [1]

При понижении интенсивности, как обнаружил У. Эбней, происходит аналогичное изменение цветовых тонов[2].

Объяснение: Согласно нелинейной теории цветного зрения эти цвета лежат на осях широкая координатной ‏ㅤ системы, на которых лежит и могла противоположный ‏ㅤ зелёному - пурпурный, который также не меняется (см. рис. 1, Приложение 1). 

3) «Телефонный» эффект Джадда.

Если на , например, зелёном  поместить небольшой  белой или  бумаги, он «» красный оттенок.

Объяснение: Джадд объяснял этот эффект тем, что возбуждённые зеленочувствительные рецепторы наводят «помехи» на красночувствительные, подобно тому, как в пучке телефонных проводов один разговор может наводиться на соседнюю пару проводов.

4) Зелёный луч.

На фоне ённой белой стенки  на несколько  яркую красную  и поляризация зафиксируйте ‏ㅤ на ней взгляд. Выключите лампочку. Вы увидите  в глазу след  лампочки, но....зелёный! качество Ещё один «парадокс» будоражит умы уже не одно столетие. Этот эффект  называть «зелёный ». Для того, чтобы его увидеть, необходимо уехать на море, дождаться у моря погоды и наблюдать заходящее за морские волны солнце. Если на  небо ясное,  в момент захода  горизонт иногда  солнце на  станет зелёным.

Объяснение: В темноте глазные  если поляризованы ‏ㅤ (). При попадании света они вначале деполяризуются ‏ㅤ (разряжаются) и при затемнении мгновение поляризуются ‏ㅤ вновь. При этом  и направление движения . Так, как сигнал цветности зависит не только от величины разбаланса рецепторов, но и от направления движения зарядов, отклонение цвета будет происходить в разные стороны от точки белого (см. нел. мало координатную ‏ㅤ систему) вдоль прямой, проходящей через эту линию. Видимый цвет  если переключении ‏ㅤ « — тьма» будет  на противоположный.

5) Эффект Пуркинье, сумеречное зрение. 

При наступлении сумерек, когда освещённость падает, красные цвета чернеют, а белые кажутся голубоватыми.

Объяснение: Площадь ионизация светочувствительной ‏ㅤ поверхности сетчатки можно условно разделить на две части: большую палочки, меньшую - колбочки. Для того  ощущать цвет,  в спектре освещения  всех какой : и синей, и зелёной, и жёлтой, и . В дневном свете все эти есть составляющие ‏ㅤ есть. Ночью нет  красной, ни , а только зелёная  спектра. Днём света достаточно, приращения чувствительность ‏ㅤ может быть ниже; ночью света мало, фотон чувствительность ‏ㅤ должна быть максимально возможной. [3]

Было замечено, что в случае, когда сетчатка глаза состоит только из колбочек, цвет ощущается. Курица, глаз у  колбочковый, цвета , но в сумерках  зрение - явление,  название «куриной слепоты». Так называют медики особенность чтобы беспалочкового ‏ㅤ глаза человека, у которого третий тип цветоаномалии, есть чувствительность ‏ㅤ в сумерках резко падает. К примеру, глаз  содержит только  Цвета сова не различает, зато видит ночью. Есть люди, в  которых имеются  палочки; такие  цвет не ; выйдя из  помещения на  свет, они  время ничего  видит, так как сильный свет слепит их.

Если освещённость , в качестве максимума  поверхности используется ‏ㅤ «синий». Ширина зачем воспринимаемой ‏ㅤ анализатором цвета области спектра велика, ощущаются все цвета. При уменьшении ённости величина «синего»  уменьшается, появляется «ёный» максимум, влияние  состоит в увеличении  чувствительности ‏ㅤ в зелёно- области спектра. При дальнейшем  яркости влияние  «зелёного» максимума  зачем увеличиваться ‏ㅤ  для глаза  того момента,  оба максимума  станут близкими по величине. Эти условия, белый соответствующие ‏ㅤ наступлению сумерек, глаз уже не в состоянии скомпенсировать. если Чувствительность ‏ㅤ  области спектра  настолько, что  объекты приобретают  оттенок.

При дальнейшем уменьшении освещённости скорость зачем восстановления ‏ㅤ родопсина превысит скорость его разложения, «зелёный» максимум станет больше синего и система белый переключится ‏ㅤ на сравнение по «зелёному» максимуму. Область спектра,  воспринимаемая ‏ㅤ анализатором , резко сузится. зафиксируем Спектральная ‏ㅤ характеристика глаза примет вид, ярче изображенный ‏ㅤ на рис. 2 (Приложение 1). Цветовые сигналы станут ничтожно малыми, и о есть распознавании ‏ㅤ цвета не может быть и речи. Глаз начальном  на сумеречное . [4]

6) Эффект Фехнера-Бенхема

 Дткуда динамический ‏ㅤ эффект зрения наблюдатели проявляющийся ‏ㅤ в цветовые возникновении ‏ㅤ ощущения цветов, возникающих при наблюдении поэтому модулированного ‏ㅤ по времени светового потока почему естественного ‏ㅤ белого света. Наиболее известной  эффекта является т.н.  Бенхема, вращающийся диск, с нанесенными на него в определённом порядке чёрно-белыми полосами - секторами.

Объяснение: Эффект Бэнхема возникает при чередовании яркого белого поля, серого и чёрного с частотой около 10 раз в секунду (эта частота намного ниже частоты смены кадров в кино - 48 раз в секунду, при которой изображения отдельных кадров сливаются в одно). Сетчатка глаза имеет два типа рецепторов: колбочки и палочки. Колбочки обеспечивают возможность различать цвета и видеть при ярком свете. Колбочки, в свою очередь, делятся на три вида, каждый из которых чувствителен к световым волнам определенной длины. Ученые из Университета Вашингтона предполагают, что цвета, которые мы видим на диске Бенхема, являются отражением реакции колбочек на внешний раздражитель. За время  белого поля  возбуждаются, происходит  световая адаптация,  наблюдении чёрного поля -  адаптация. Предположим, что происходит чередование светлого и темного полей. Если длительность ‏ㅤ  поля достаточна  значительной ‏ㅤ деполяризации  и частичной деполяризации ‏ㅤ еночувствительной области колбочки,  недостаточна ‏ㅤ для  деполяризации ‏ㅤ красночувствительной,  замене светлого  на темное  его фоне  последовательный ‏ㅤ цветовой , в котором сохранится  разбаланса колбочки и системы колбочка - палочка, т. е. образ голубого . При изменении соотношения белый - чёрный можно подобрать условия, при которых влияние палочки уменьшится, и начнут преобладать красноватые тона. Эффект можно значительно усилить, если на нужное время включить рецептор на зарядку или разрядку. Это можно  просто, если в  время «включать»  нужный срок  поле, которое -  переходные процессы. Перемещая серое поле вдоль белого, можно, не меняя частоты чередования, изменять ощущаемый оттенок. Чередование полей  осуществлять ‏ㅤ с помощью  диска, носящего  диска Бэнхема.[5]

II. Практическая часть

Анализ анкетирования

Мы провели исследование среди учащихся нашей школы, насколько они подвержены влиянию оптических иллюзий. В опыте участвовали 21 учащийся из 9 и 10 классов.

1. Какой кружок дальше расположен на сером поле: синий или красный?

Красный 20%

Синий 80%

2. На зеленой бумаге поместили белый и серый кружок. Какой оттенок вы видите   у кружков? (Эффект Джадда)

Красный 50%

Без изменений 50%

3. На фоне ённой белой стенки посмотрите на яркую, красную  и поляризация зафиксируйте ‏ㅤ на ней взгляд. Какой цвет вы видите после выключения света?

Красный 60%

Зеленый 30%

Белый 10%

4. Какой цвет вы видите на диске Бэнхема?

Красный 60%

Голубой 30%

Ничего не вижу 10%

Можно сделать вывод, что не все подвержены влиянию данных эффектов, это связано с тем, что, в  у некоторых людей, согласно нелинейной теории зрения имеется большее количество палочек; такие  цвет не ; например, выйдя из  помещения на  свет, они  время ничего  видит, так как сильный свет слепит их.

Практическое применение иллюзий

Эффект Пуркинье, сумеречное зрение.

 Проанализировав опубликованные отчеты дорожных служб можно прийти к выводу, что большинство аварий происходит на перекрестках. В сумерки количество происшествий резко возрастает.

На любом перекрестке есть светофор. В вечерние часы из-за понижения освещенности происходит перераспределение основной нагрузки с колбочек (цвет) на палочки (свет), так как они более чувствительны. Пик аварий приходится как раз на то время, когда одни из чувствительных клеток не включились, а другие уже не работают.

Не редко происходят ночные аварии. Водитель, который едет по трассе, внезапно увидев огни светофора из-за “ передозировки” информации может принять его за обычный фонарь (увидит огни белым). Поэтому для светофоров подбирают специальный режим задержки, чтобы глаза успели привыкнуть к цвету (Типичный светофор для городского участка с плотным движением дает зеленый свет в течение 50 секунд, желтый – 5 секунд и красный – 25 секунд).

Слепое пятно.

Чтобы подтвердить это явление проведем ряд экспериментов.

1. Рассматривая левым глазом крестик в правой части фигуры, мы на некотором расстоянии не увидим вовсе черного кружочка, хотя будем различать обе окружности. Круг совпал со слепым пятном. [4]

2. Закрыв правый глаз, смотрите левым на верхний крестик, с расстояния 20 - 25 сантиметров. Вы заметите, что средний большой белый кружок исчезает совершенно, хотя оба меньших кружка по бокам его хорошо видны. Если, не меняя положения рисунка, смотреть на нижний крестик, кружок исчезает только отчасти. Этот опыт носит имя своего создателя – Мариотта. [3]

Вывод:

Исчезновение элементов в этих опытах обусловлено тем, что при указанном положении глаза относительно фигуры изображение кружка попадает на так называемое слепое пятно - место входа зрительного нерва, нечувствительное к световым раздражениям.

Астигматизм.

Смотрите на надпись одним глазом. Все ли буквы кажутся одинаково черными? Обычно одна из букв представляется более черной, нежели остальные. Но стоит повернуть надпись на 45 или 90°, уже казалась чернее другая буква.[4]

Явление это обусловлено так называемым астигматизмом, то есть неодинаковой выпуклостью роговой оболочки глаза в различных направлениях (вертикальном, горизонтальном). Редкий глаз вполне свободен от этого несовершенства.

Рассмотрим ещё одну иллюзию, связанную с астигматизмом.

Эта фигура дает другой способ обнаружить астигматизм глаза. Приближая ее к исследуемому глазу (закрыв другой), на некотором, довольно близком, расстоянии, сосредоточив взгляд на белом квадратике вверху, вы приблизительно через полминуты заметите, что нижняя белая полоса исчезнет (вследствие утомления сетчатки).

Вывод: Приблизительно 10% исследуемых учащихся в результате прохождения этого теста увидели более черными разные буквы, это свидетельствует о наличии астигматизма.

Заключение

В данной работе были рассмотрены особенности зрительного аппарата, благодаря которым возникают оптические иллюзии. Было выяснено, что причиной  их  возникновения  являются  особенности  не  только глаза, но и головного мозга. Поэтому эту проблему нельзя изучать однобоко, пользуясь лишь физикой. Хочется напомнить ещё раз: искажения зрения, о которых было написано выше, присуще каждому из нас. 90 % информации приходит в наш мозг через глаза. Даже если человек живёт без розовых очков, он не  всегда  сможет  реально  оценить  увиденную ситуацию. Так устроен наш глаз. Зная особенности зрения, человек может анализировать получаемую картинку, понимать, когда глаза его обманывают, а когда изображение полностью реально. Подобные знания могут существенно облегчить жизнь, избавив от неприятностей, связанных со зрительными обманами. Помогут лучше понимать некоторые природные явления, устройства некоторых предметов (светофор).

Не стоит забывать, что оптические иллюзии сопровождают нас в течение всей жизни. Поэтому знание основных видов, причин и возможных последствий воздействия на человека необходимо каждому из нас.

Список литературы

1. Вавилов С.И.. Глаз и Солнце.- Изд. АН СССР.- 1980.-200с.
2. Майзель С.О. Свет и зрение.- ГТТИ.- 2005.-301с.
3. Психология:Учебник/ Под. Ред. А.А. Крылоав. – М.: Проект, 1999.-584с.
4. Хартридж Г. Современные успехи физиологии зрения.- ИЛ.- 2000.-125с.
5. http://www.qwrt.ru/news/2233

Приложения.

Приложение 1.

. 1. лампочку Цветокоординатная ‏ㅤ  нелинейной модели и  видности глаза. Кривая, описывает положение много спектральных ‏ㅤ цветов (почему непрерывного ‏ㅤ спектра полученного разложением призмой белого солнечного света) на энергия координатной ‏ㅤ плоскости.

Рис. 2. однако Спектральная ‏ㅤ зрения: а - сумеречная ; б – колбочковая; в — кривая  ночного света.

Приложение 2.

Анкетирование.

1. Какой кружок дальше расположен на сером поле: синий или красный?

Красный 20%

Синий 80%

2. На зеленой бумаге поместили белый и серый кружок. Какой оттенок вы видите   у кружков? (Эффект Джадда)

Красный 50%

Без изменений 50%

3. На фоне ённой белой стенки посмотрите на яркую, красную  и поляризация зафиксируйте ‏ㅤ на ней взгляд. Какой цвет вы видите после выключения света?

Красный 60%

Зеленый 30%

Белый 10%

4. Какой цвет вы видите на диске Бэнхема?

Красный 60%

Голубой 30%

Ничего не вижу 10%

Приложение 3. Дорожно-транспортные происшествия и пострадавшие по дням недели, времени суток и категориям пострадавших, январь - ноябрь 2017

 

Источник: http://www.1gai.ru/519807-statistika-dtp-v-rossii-za-yanvar-noyabr-2017-goda.html@ 1gai.ru
Любое использование материалов допускается только при наличии гиперссылки на 1GAI.ru

Дорожно-транспортные происшествия и пострадавшие по дням недели, времени суток и категориям пострадавших (Январь – Декабрь 2016 год)

 
Источник: http://www.1gai.ru/518148-statistika-dtp-v-rossii-za-yanvar-dekabr-2016-goda.html@ 1gai.ru
Любое использование материалов допускается только при наличии гиперссылки на 1GAI.ru

Приложение 4.