Проект «Оптические иллюзии». Обучающийся 9 класса Бачурин Дмитрий. Руководитель проекта - Бачурина Е. Н., учитель математики и физики.

Муниципальное казённое общеобразовательное учреждение

«Новокасторенская средняя общеобразовательная школа»

Касторенского района Курской области

ИНДИВИДУАЛЬНЫЙ ИТОГОВЫЙ ПРОЕКТ

на тему «Оптические иллюзии»

по учебному предмету «физика»

Обучающийся: _Бачурин Дмитрий Анатольевич__________ Класс __9__

Руководитель проекта: _Бачурина Елена Николаевна учитель математики и физики

п. Новокасторное - 2023

.

Содержание

Стр.

ВВЕДЕНИЕ………………………………….…………………………………..3

ГЛАВА I. Теоритическая часть

1.1 Оптические иллюзии и их виды………………………………………5

1.2 Оптические иллюзии в архитектуре и искусстве.……………………10

1.3. Оптические иллюзии и их классификации…………………………..13

ГЛАВА II. Практическая часть.

2.1. Опыты, подтверждающие наличие иллюзий в реальной жизни......17 ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………….…...…….21

СПИСОК ИНФОРМАЦИОННЫХ ИСТОЧНИКОВ ………………................22

Введение

Оптическая (зрительная) иллюзия – это не что иное, как ошибка, обман. Вызвана она, по определению из справочников, некорректным восприятием зрительного образа. Также такое явление может быть вызвано физическими причинами.

Если мы наблюдаем оптическую иллюзию, значит, мы ошибаемся в восприятии размера изображения, формы объекта, цвета. Заблуждаться мы можем также по поводу того, статично стоит тело или оно движется. То есть, мы можем наблюдать эффекты псевдо движения.

Недавно я впервые узнал об обманах зрения - таких интересных картинках, которые выглядят совсем не так, как должны выглядеть на самом деле. С тех пор они мне стали очень интересны. И мне всегда хотелось узнать, почему же так происходит?

Почему, то, что должно стоять, движется, и то, что, есть, может исчезнуть? Может быть, я просто что-то неправильно понимаю?

Как большой дом на другой стороне улицы «помещается» в маленьком окне?

Почему человеку, смотрящему вдоль дороги, кажется, что:

• дороги сходятся?

• высота столбов телеграфной линии уменьшается?

• далекие предметы движутся медленнее, чем близкие?

Но стоит ли доверять всему, что мы видим?

Можно ли увидеть то, что никто не видел?

Правда ли, что неподвижные предметы могут двигаться?

Каково разнообразие оптических иллюзий?

Можно ли самому создать оптическую иллюзию?

Мне очень хочется найти ответы на все поставленные вопросы, из–за сложившихся вопросов вытекает проблема исследования, которая предопределила выбор темы исследовательской работы «Оптические иллюзии».

Объект исследования: оптические иллюзии

Предмет исследования: причины возникновения оптических иллюзий.

Цель исследования:

Выяснить, что лежит в основе оптической иллюзии - чудеса или наука?

Гипотеза:

Не всегда то, что мы видим, на самом деле является таковым.

Задачи исследования:

познакомиться с причинами возникновения и видами зрительных иллюзий;

познакомиться с применением оптических иллюзий в жизни;

проверить зрительное восприятие иллюзий среди одноклассников;

создать собственную зрительную иллюзию.

Методы и способы:

Сбор информации,

анализ информационных источников,

обобщение,

наблюдение,

эксперимент.

Научная новизна исследования заключается в том, что на сегодняшний день оптическая иллюзия, обманы зрения широко используются в создании тестов, игр, интерьеров и даже специальных выставок фотографий. В последнее время все больше приобретают свою популярность занятия с использованием оптических иллюзий для развития и тренировки глаз, внимательности, остроты ума.

Практическая значимость. Материалы моей работы можно использовать в качестве дополнительного материала при проведении классных часов, на уроках физики и на внеурочных занятиях по физики.

ГЛАВА I. Теоритическая часть

1.1 Оптические иллюзии и их виды

С научной точки зрения оптическая иллюзия может быть определена как изображения, воспринимаемые глазами, отличные от реальной физической структуры изображений, то есть изображения, воспринимаемые глазами, отличаются от объективной реальности.

Такая иллюзия известна также как визуальная иллюзия. Когда мы смотрим на объект, сетчатка глаз сканирует изображение и посылает нервные импульсы в головной мозг. Мозг интерпретирует изображение, после чего появляется фактическое восприятие. Иногда восприятие, передаваемое мозгом, не соответствует физической структуре источника, который стимулирует изображение.

В таких случаях мы видим изображение, которого нет, или изображение, которое является частью картинки, но не является целой картинкой. Мы можем видеть также одно или оба изображения в такой иллюзии.

Это интересные факты, создающие основу для понимания калькуляций и функционирования головного мозга, а также понимания, почему наш визуальный мозг временами не может уловить физический мир, существующий вокруг.

Выделяют три основных вида оптических иллюзий: буквальные, физиологические и когнитивные оптические иллюзии

Буквальные иллюзии - те самые простые оптические иллюзии, которые характеризуются различием в изображении (то есть восприятием изображения) и действительными физическими объектами, составляющими картинку. В результате мы видим совсем не то, что изображено на картинке.

Олег Шупляк «Полёт Вакулы»

Олег Шупляк «Ревёт и стонет Днепр широкий!»

Физиологические иллюзии

Эти иллюзии — результат избыточной стимуляции глаз или мозга каким-либо стимулятором, например, движением, цветом, яркостью, углом наклона и т. д. Эти иллюзии обычно являются остаточными изображениями, создаваемыми в результате стимуляции зрения определённым движением или яркостью, и даже стимуляцией невероятно длинных узоров в изображениях, которые постоянно меняются.

Иллюзии цвета и контраста. Цвет фигур кажется более насыщенным, если фигуры окантованы черными рамками. На самом же деле и в одном, и в другом квадрате цвета совершенно одинаковы.

Когнитивные иллюзии

Подобные иллюзии очень распространены и интересны. Они разработаны специально для детей. Когнитивные иллюзии основаны на взаимодействии с различными уровнями восприятия. Имея дело с такими иллюзиями, мозг связывает объекты изображения со своим пониманием или знанием.

Когнитивная иллюзия — это результат взаимодействия мозга с накопленным пониманием или знанием о мире. Когнитивные иллюзии далее можно разделить на три подвида:
1) Двойственные иллюзии

Эти иллюзии основаны на восприятии объектов или образов с различным проявлением изображений. Изображение, воспринимаемое мозгом, постоянно меняется или «переключается» между возможными иллюзиями изображений на картинке. Одна из таких иллюзий это Иллюзия Ястрова.

Два объекта кажутся разные по размерам, хотя на самом деле абсолютно одинаковы.

2) Искажённые иллюзии

Эти иллюзии основаны на смене физических аспектов таких как: размер, изгибы, длина. Такие изображения не остаются постоянными, а вызывают ощущение изменений размеров объектов: длины, формы.

Иллюзия кафе «Wall»

Исследователи из Бристольского университета обнаружили эту иллюзию в 1970 году благодаря мозаичной стене в кафе, из-за чего она и получила своё название.

Кажется, что серые линии между рядами чёрных и белых квадратов расположены под углом, но на самом деле они параллельны друг другу. Ваш мозг, сбитый с толку контрастными и близко расположенными квадратами, видит серые линии как часть мозаики, выше или ниже квадратов. В итоге создаётся иллюзия трапеции. 

Учёные предполагают, что иллюзия создаётся за счёт совместного действия нейронных механизмов разных уровней: нейронов сетчатки и нейронов зрительной коры.

3) Парадоксальные иллюзии

Согласно своему названию, эти иллюзии противоречат увиденному. Они создаются вымышленными или парадоксальными объектами в реальной жизни или в трёх измерениях, выглядя при этом достаточно убедительными в двух измерениях. Примером этой иллюзии может послужить невозможный трезубец.

Если закрыть рукой верхнюю часть трезубца, то мы увидим вполне реальную картину - три круглых зуба. Если закрыть нижнюю часть трезубца, то мы тоже увидим реальную картину - два прямоугольных зубца. Но, если рассматривать всю фигуру целиком, то получается, что три круглых зубца постепенно превращаются в два прямоугольных.  

1.2 Оптические иллюзии в архитектуре и искусстве

Люди не только поражаются обманам зрения и забавляются зрительными иллюзиями, но и уже тысячи лет зрительные иллюзии целенаправленно используются в архитектуре для создания определенных пространственных впечатлений, например, для кажущегося увеличения высоты и площади залов.

Ошибки восприятия, свойственные человеческому глазу, умели исправлять ещё древние зодчие, когда создавали различные архитектурные формы. Оптический обман зачастую связан с выбором точки наблюдения, особенностями окружающего фона или освещённостью. Чтобы скорректировать искажения, мастера прибегали к оптическим поправкам ещё на стадии проектирования сооружения.

Они сознательно нарушали геометрию строения: изменяли пропорции, отклоняли элементы от вертикали или горизонтали, искривляли их контуры и т. п. С помощью таких приёмов зодчим удавалось «перехитрить» зрение. Иногда, напротив, оптические иллюзии специально создавали и усиливали. Считается, что более всех преуспели в этом искусстве греки, научившиеся придавать архитектурным формам особую пластичность и выразительность.

В Средние века и в эпоху Возрождения люди вновь стали интересоваться наукой, живописью и скульптурой. Влияние художников эпохи Ренессанса заметно в строгом научном дизайне иллюзорных полов, раскрашенных в точном соответствии с законами оптики и перспективы. Ощущение объемности рисунка настолько велико, что возникает искушение потрогать «кубики» руками.

Хорошим примером иллюзии может служить трехмерный пол. В основном тут используются эпоксидные полимеры, которые выдают матовую и прозрачную структуру (выступая в роли линзы, благодаря которой рисунок под ней обретает объем).

Русские зодчие также использовали оптические иллюзии. Один из примеров – Троицкий собор в Троице-Сергиевой лавре, сооружённый в 1422 году над гробом Сергия Радонежского. Его наружные стены имеют заметный наклон к центру здания, благодаря чему строение кажется более устойчивым. Для того, чтобы храм казался выше, барабан, являющийся опорой купола, кверху заужен. Внутри храма возникает еще одна иллюзия: он кажется значительно выше, чем есть в на самом деле.

Очень интересна знаменитая парадная Королевская лестница, или Скала Реджа, которая соединяет дворец папы с собором Святого Петра. При ее строительстве Бернини использовал прием искусственной перспективы.

Из-за того, что лестница, перекрыта кессонированным сводом, и понемногу сужается то, соответственно, уменьшается высота колонн, идущих по ее сторонам. Архитектору удалось создать иллюзию увеличения длины и размеров лестницы, а также достичь следующего визуального эффекта: когда Папа выходит на верхнюю площадку лестницы, то его фигура как будто вырастает в размерах.

В Парфеноне, например, это было сделано не столько для красоты, сколько 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. Одним словом, система оптических поправок, придуманная зодчими, лишний раз демонстрирует их высочайшее мастерство в сложном искусстве архитектуры.

1.3 Оптические иллюзии и их классификация

Все оптические иллюзии в зависимости от происхождения можно разделить на 3 вида:

• Естественные (созданные природой) - другим словом мираж.

• Искусственные (придуманные человеком). Этот вид часто используются фокусниками - иллюзионистами.

• Смешанные (естественные иллюзии, которые создал человек) - это и модель миража, и иллюзионные картинки.

Естественные оптические иллюзии

Мираж - это игра световых лучей. Слово «мираж» происходит от французского слова и обозначает «отражать, как в зеркале», причем роль зеркала играет воздух.

Миражи третьего класса или фата-моргана – это таинственное явление, которое нельзя объяснить никакими законами физики.

Тысячи туристов и жителей восточно-китайского города Пенглай в 2006 году стали свидетелями редкого явления — огромного миража. Туман, нависавший над берегом, создал иллюзию изображения города с современными высотными зданиями, широкими городскими улицами, с шумными автомобилями и толпами людей, которые были четко видны.

Мираж длился несколько часов, а до его появления 2 дня шли проливные дожди.

Искусственные иллюзии

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.

Смешанные иллюзии

Это, пожалуй, самый большой раздел иллюзий. Ярким примером смешанной оптической иллюзии являются потрясающие рисунки на асфальте, которые под определенным углом просмотра смотрятся очень эффектно.

Стереограммы – это картинки, содержащие в себе множество различных узоров и мелких деталей. Они призваны улучшать остроту зрения и поддерживать его здоровье. Такого рода картинки очень увлекают людей, ведь это так интересно – увидеть то, что скрыто от глаз.

Стереограммы таят в себе объемные изображения. Чтобы увидеть их, достаточно расслабить зрение и смотреть как бы сквозь картинку. Когда иллюстрация расплывется, зрение необходимо сфокусировать на объемном изображении, которое выйдет на передний план самостоятельно.

Помимо интереса, изображения несут большую пользу человеческому организму – они тренируют зрение. Попробуйте посмотреть картинки, представленные ниже, и вы гарантировано придете в восторг!

ГЛАВА II. Практическая часть

2.1. Опыты, подтверждающие наличие иллюзий в реальной жизни      

Водяная иллюзия

Для выполнения иллюзии понадобится: стакан ,вода ,стрелки ,нарисованные на бумаге.

Теперь нужно налить воду в стакан, стоящий перед нарисованными стрелками

Посмотрите, как их размер и длина «волшебным» образом меняются.

Вывод: лучи света при переходе из одной среды в другую (из воздуха в воду) меняют свое направление, приближаясь к перпендикуляру. Также стакан с водой действует, как увеличительное стекло.  

Для выполнения иллюзии понадобится: стакан, вода, карандаш.

Вывод: из-за разности преломления воды и воздуха возникает иллюзия разрыва карандаша.

Двойственная иллюзия (Иллюзия Мюллера-Лайера)

Мною были опрошены обучающие 9 и 8 класса нашей школы. Им было предложено изображение с оптической иллюзией. Всего в эксперименте участвовало 30 человек.

Какой отрезок длиннее?

Левый Правый Равны………..

Результаты представлены в таблице и диаграмме.

Какой отрезок длиннее?

Вывод:  иллюзия Мюллера-Лайера связана с тем, что одинаковые длины отрезков при горизонтальном и вертикальном положении или при наличии дополнительных элементов кажутся разными.

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 – не всегда то, что мы видим, на самом деле является таковым. В процессе работы были найдены основные причины возникновения оптических иллюзий:

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

• Особенности строения глаза позволяют видеть иллюзии восприятия цвета и иллюзии движения, иллюзию восприятия формы и размера предмета.

• 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.

90 % информации приходит в наш мозг через глаза. Даже если человек живет без розовых очков, он не всегда сможет реально оценить увиденную ситуацию. Так устроен наш глаз. Зная особенности зрения, человек может анализировать полученную 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. 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.

Полученные в процессе исследования знания и накопленные факты позволили научиться создавать оптические иллюзии и управлять ими. Создание своих оптических иллюзий – это увлекательное занятие, и я буду пополнять их.

СПИСОК ИНФОРМАЦИОННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Демин П. Физические эксперименты и психологические иллюзии //Журнал " Наука и жизнь" М.,1986, №3.

2. Перельман Я.И. Занимательная физика. Книга 2. Глава 9. М., :"Наука",1981.

3. Перельман Я.И. Оптические иллюзии , Серия: "Дом занимательных наук. Изд-во СЗКЭО, 2016.

4. Раков Д.Л. Парадоксальный мир невозможных фигур и оптических иллюзий. М.: Либроком ,2017.

5. Толанский С. Оптические иллюзии / С.Толанский; пер. с англ.под ред. К.А. Любарского. М. : Издательство "Мир", 1967.

6. Занимательная физика .Иллюзии [Электронный ресурс].Режим доступа : http://illuzi.ru/node/633#end

7. Не верьте своим глазам: Путеводитель по оптическим иллюзиям [Электронный ресурс ]. -  Фактрум. - Режим доступа : http://www.factroom.ru/science/optical-illusions-guide

8. Оптическая иллюзия - это... [Электронный ресурс]. Режим доступа : https://dikc.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/1076883

9. Ресурсы интернет http://allday.ru/index.php Оптические иллюзии Дональда Раста (Donald Rust)

10. www.im-possible.info («Невозможный мир»)

11. www.log-in.ru («Оптические иллюзии, обманы зрения и феномены: двойственные образы»)