Выполняя исследовательский индивидуальный проект на тему "Оптические иллюзии. Можно ли верить своим глазам?", учащийся 4 класса начальной школы изучил термин "иллюзия" и "оптическая иллюзия", а также классифицировал и подробно описал различные виды оптических иллюзий, провел опыты, которые показывают оптическую иллюзию.

Подробнее о работе:

Обучающийся 4 класса начальной школы в процессе проведения исследовательской работы на тему «Оптические иллюзии. Можно ли верить своим глазам?» узнал, каким образом видит человек, объяснил природу возникновения оптических иллюзий, а также рассмотрел примеры оптических иллюзий в природе и созданные человеком.

В индивидуальном исследовательском проекте об оптических иллюзиях и о том, можно ли верить своим глазам учеником 4 класса формулируются выводы о том, что в основе всех иллюзий лежат обычные природные явления. А основные причины возникновения оптических иллюзий - это законы физики и особенности строения глаза, а также контроль зрения мозгом человека.

Оглавление

Введение
1. Иллюзии. Виды оптических иллюзий.
1.1. Иллюзии, созданные природой
1.1.1. Иллюзия "Фата-моргана"
1.1.2. Иллюзия "Водопад "Лошадиный хвост".
1.1.3. Иллюзия "Световой столб"
1.1.4. Иллюзия "Три солнца"
1.1.5. Иллюзия "Полярное сияние"
1.1.6. Иллюзия "Радуга"
1.1.7. Иллюзия "Лунная иллюзия".
1.2. Искусственные иллюзии
1.2.1. Увлечение Трокслера.
1.2.2. Монстр Иллюзия
1.2.3. Сцинтилляционная решетка.
1.2.4. Лестница Пенроуза
1.2.5. Эббингхаус Круги
1.2.6. Кафе настенное Иллюзия.
1.3. Смешанные иллюзии
1.3.1. Невозможный слон Шепарда.
2. Практическая часть.
Заключение
Список литературы.
Приложения

«Видимое не всегда соответствует действительному»
Н. Коперник

Очень часто то, что мы видим обманчиво, и многое оказывается совсем не тем, чем кажется на первый взгляд. Даже самые простые вещи могут таить в себе неожиданные открытия, нужно только присмотреться.

Выражение «обман зрения» в жизни встречается довольно часто. К сожалению, наш глаз не точный измерительный прибор, поэтому и ему свойственно ошибаться. Такие ошибки называют оптическими иллюзиями.

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

Задачи:

1. Исследовать разные источники информации;
2. Собрать информацию о различных видах оптических иллюзий;
3. Узнать, каким образом видит человек, объяснить природу возникновения оптических иллюзий;
4. Рассмотреть примеры оптических иллюзий в природе и созданные человеком;
5. Провести ряд опытов, показывающих оптическую иллюзию.

Объект исследования: оптические иллюзии.

Предмет исследования: причины возникновения оптических иллюзий.

Методы исследования: сбор информации, анализ информационных источников, обобщение, наблюдение, эксперименты, фотографирование.

Оптическая иллюзия, также зрительная иллюзия — ошибка в зрительном восприятии, вызванная неточностью или неадекватностью процессов неосознаваемой коррекции зрительного образа. Но это лишь оптический обман.

Попросту говоря – это неверное представление реальности. Их известно очень большое количество, и все они разные, как и причины, их возникновения. Такие изображения мы можем увидеть в разных журналах, в интернете, а также в научно-познавательных передачах, рекламе.
Человек воспринимает большую часть информации об окружающем мире благодаря зрению. Но не все что мы видим, соответствует реальности, это доказывают оптические или зрительные иллюзии, которые нас окружают.

Изучая данный вопрос в энциклопедической литературе и в интернет-источниках, мы выяснили, что в переводе с латыни слово "иллюзия" означает "ошибка, заблуждение".
Это говорит о том, что иллюзии означают некие сбои в работе зрительной системы.

Самая мелкая из них расположена в задней части головы, называется затылочной долей и отвечает за зрение. Зрительные сигналы проходят туда от глаз через весь мозг, чтобы затем их наделили смыслом и пережили сознательно. А оптические иллюзии – это ни что иное, как оптический обман нашего мозга. Ведь когда мы смотрим на картинку, наш глаз видит одно, а мозг при этом начинает протестовать и утверждать, что это совсем не то. Вот и получается, что иллюзии создает наш разум, который начинает анализировать цвет, позицию источника света, расположение граней или углов и т.д. Благодаря этому и происходит коррекция зрительных образов.

Актуальность данной темы исследовательской работы (проекта) обусловлена тем, что мы мало знаем о причинах появления оптических иллюзий, но сталкиваемся с ними в повседневной жизни довольно часто. Знание истинных причин иллюзий помогает объяснить обманы зрения и устранить суеверия, с ними связанные. Большинство обманов зрения обусловлено тем, что мы не только смотрим, но и бессознательно рассуждаем. «Мы смотрим не глазами, а мозгом», - говорят физиологи.

Гипотеза: не всегда то, что мы видим, на самом деле является таковым.
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, в изобразительном и цирковом искусстве, в телевидении и т.д. Создаваемая при помощи технических средств виртуальная зрительная реальность занимает в жизни современного человека огромное место и тесно переплетается с действительностью.

В последнее время в социальных сетях стало модным выкладывать так называемые «иллюзорные картинки», заставляющие задуматься: верить или нет тому, что ты видишь на мониторе и как объяснить увиденное?

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. На оптические иллюзии на уроках отводится очень мало времени, а тема очень интересная, и, мне захотелось больше узнать о ней.

Иллюзия – это ошибка восприятия, которая может привести к неправильной идентификации объекта или явления. Она возникает из-за способности нашего мозга узнавать знакомые объекты, даже если мы видим только незначительную часть. Иногда ошибки и искажения приводят к тому, что человек определяет весь объект неправильно, основываясь на нескольких знакомых деталях.

В зависимости от восприятия можно выделить следующие виды:

1. Иллюзия движения. Изображенные на картинках фигуры при просмотре начинают двигаться или пульсировать, хотя на самом деле недвижимы.
2. Зрительные искажения. Буквы, фигуры или линии в изображениях на самом деле расположены по-другому относительно друг друга.
3. Иллюзия искажения размера. Одинаковые по размеру фигуры или предметы кажутся различными.
4. Иллюзия цвета и контраста. Количество используемых для изображения цветов и оттенков кажется большим, чем есть на самом деле; нарушается цветовое восприятие объекта.
5. Невозможные фигуры. Изображение нереальных фигур, которые не могут быть воспроизведены в трехмерном пространстве. Невозможные фигуры сначала воспроизведены в трехмерном пространстве.

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

Естественные (созданные природой) – созданы самой природой, без участия человека. Мираж — уникальное природное явление, когда человек вполне реально видит перед собой какие-либо объекты, которые затем как по волшебству исчезают. Ученые давно вполне обоснованно рассказали о мираже, но увидеть мираж удается далеко не всем.

Мираж — это оптический эффект, образующийся в момент, когда свет отражается между неравномерно нагретым и различным по плотности слоях воздуха. Проще говоря, это заманчивая игра воздуха со светом.

Это сложное оптическое атмосферное явление. Наблюдается оно крайне редко. По сути, фата-моргана «состоит» из нескольких форм миражей, благодаря которым отдалённые объекты искажаются и «раздваиваются» для наблюдателя.

Известно, что фата-моргана возникает тогда, когда в нижнем слое атмосферы образуются (как правило, из-за разницы температур) несколько количество чередующихся слоёв воздуха, имеющих различную плотность. В определённых условиях они дают зеркальные отражения.

Вследствие отражения и преломления лучей света, реально существующие объекты могут создавать на горизонте или даже над ним сразу несколько искажённых изображений, которые частично накладываются друг на друга и стремительно меняются со временем, тем самым создавая поразительную картину фата-морганы. (Приложение 6 рис.1)

Состоит из двух ниспадающих потоков, его общая высота достигает 650 метров. Этот красивый и в то же время пугающий водопад расположен в центральной части Национального Парка Йосемити. Он носит название Horsetail Fall (в переводе – «лошадиный хвост»).

Каждый год на протяжении 4–5 февральских дней туристы могут увидеть редчайшее явление – лучи закатного солнца отражаются в ниспадающих потоках воды. В эти моменты водопад окрашивается в огненно-оранжевый цвет. Кажется, что с верха горы стекает раскалённая лава, но это всего лишь оптический обман. (Приложение 6 рис.2)

Свидетелями световых (или солнечных) столбов мы становимся достаточно часто. Так называется распространённый вид гало. Этот оптический эффект выглядит, как вертикальная полоса света, которая тянется от солнца при закате или восходе. Световой столб можно наблюдать, когда свет в атмосфере отражается от поверхности мельчайших кристаллов льда, имеющих форму ледяных пластин или миниатюрных стержней с 6-угольным сечением.

Кристаллы подобной формы образуются чаще всего в высоких перисто-слоистых облаках. Но если температура воздуха достаточно низкая, они могут появляться и в менее высоких слоях атмосферы. Думаем, не стоит объяснять, почему световые столбы чаще всего наблюдаются в зимний период. (Приложение 6 рис.3)

Это невероятное явление известно, как паргелий, и возникает оно тогда, когда солнечные лучи преломляются в кристаллах льда, которые находятся в атмосфере. (Приложение 6 рис.4)

Полярное сияние – это невероятно эффектное зрелище в Арктике и Антарктиде. Красочные пласты света превращают бесконечные зимние ночи в настоящие лавовые лампы. Полярное сияние, а точнее северное и южное полярное сияние, происходит, когда солнечные частицы, выброшенные солнечными вспышками, притягиваются магнитным полем Земли к северному или южному полюсу, сталкиваясь с атмосферными газами и излучая фотоны или частицы света. В результате появляются светящиеся пласты зеленого, красного, белого, пурпурного и синего света. (Приложение 6 рис.5)

Атмосферное и оптическая иллюзия, наблюдаемое при освещении ярким источником света (в природе Солнцем или Луной) множества водяных капель (дождя или тумана). (Приложение 6 рис.6)

Когда полная Луна склоняется низко над горизонтом, она визуально имеет намного больший размер, чем когда находится высоко в небе. Это явление серьёзно озадачивает тысячи пытливых умов, пытающихся найти ему какое-то разумное объяснение. Но на самом деле это – обычная иллюзия.
Самый незамысловатый способ подтвердить иллюзорность данного эффекта — подержать в вытянутой руке маленький округлый объект (к примеру, монету).

Сравнивая размеры этого объекта с «огромной» Луной у горизонта и «крошечной» Луной в небе, вы удивитесь, ведь поймёте, что её относительный размер не претерпевает никаких изменений. Можно также свернуть лист бумаги в форме трубы и смотреть через образованное отверстие исключительно на Луну, без любых окружающих её объектов. Опять же, иллюзия исчезнет.

Это интересно: Большинство учёных, объясняя Лунную иллюзию, ссылаются на теорию «относительного размера». Известно, что визуальное восприятие размеров видимого человеком объекта определяется габаритами других предметов, наблюдаемых им в то же время. Когда Луна находится низко над горизонтом, в поле зрения человека попадают иные объекты (дома, деревья и т. д.). На их фоне наше ночное светило кажется большим, чем в действительности. (Приложение 6 рис.7).

Искусственные - придуманные человеком. Этот вид часто используют фокусники-иллюзионисты. Такие иллюзии имеют конструктивный секрет и объясненный механизм возникновения и действия.

Исчезновение Трокслера было впервые признано швейцарским врачом Игназом Полом Виталем Трокслером в 1804 году. Эффект Трокслера, по сути, демонстрирует, что, если вы сконцентрируетесь на одной точке глазами, стимулы вблизи этой точки будут постепенно исчезать. Попробуй. В течение длительного времени смотрите на изображение, не двигая глазами, и наблюдайте, как оно медленно исчезает. (Приложение 6 рис.8).

Иллюзия монстров — это обычная оптическая иллюзия, в которой один из двух монстров, показанных выше, выглядит больше другого, даже если они одного размера. Эта иллюзия фактически основана на «иллюзии Понзо», которая доказывает, что наш разум имеет тенденцию судить о размере объекта по фону. После удаления фона становится очевидным, что они действительно имеют одинаковый размер. (Приложение 6 рис.9).

Сверкающая иллюзия — это другой тип иллюзии сетки и разновидность сетки Германа, где черные точки случайным образом появляются и исчезают на пересечении серых линий. Основное различие между двумя сетками состоит в том, что мерцающая сетка имеет белые точки на пересечении белых линий, тогда как на пересечениях иллюзий сетки Германа нет пятен. (Приложение 6 рис.10).

Лестница Пенроуза является вариацией треугольника Пенроуза, оба из которых были популяризированы психиатром Лайонелом Пенроузом и его сыном Роджером Пенроузом. Это изображение представляет собой двумерное изображение лестницы, в которой они либо поднимаются, либо опускаются после поворота на 90 градусов, и в то же время образуют непрерывную петлю, так что человек может подниматься вечно и никогда не подниматься выше. (Приложение 6 рис.11).

Эббингауза — это популярная оптическая иллюзия относительного восприятия размеров. Здесь два круга одинакового размера расположены рядом друг с другом, один окружен относительно большими кругами, а другой окружен маленькими кругами. Как вы можете видеть, круг, окруженный большими кругами, кажется, меньше, чем круг, окруженный маленькими кругами, который фактически не является. (Приложение 6 рис.12).

Иллюзия стены кафе — это оптическая иллюзия, создаваемая за счёт совместного действия разных уровней нейронных механизмов: нейронов сетчатки и нейронов зрительной кары.

С первого взгляда кажется, что серые линии между чёрными и белыми квадратами расположены под углом, но если присмотреться, то можно увидеть, что линии абсолютно ровные. Мозг, сбитый с толку контрастными и близко расположенными квадратами, видит серые линии как часть мозаики, выше или ниже квадратов.

Иллюзия была открыта в 1973 году исследователем Ричардом Грегори из Бристольского университета. (Приложение 6 рис.13).

Смешанные - естественные иллюзии, которые воссоздал человек – это и модель миража, и иллюзионные картинки.

Невозможный слон Шепарда — это оптическая иллюзия, которая создает впечатление, что слоны на картинке движутся в бесконечном цикле. Эта иллюзия была создана японским художником Пако Фукада и основана на работах американского психолога Роджера Шепарда. Несмотря на то, что слоны кажутся движущимися, они на самом деле не меняют своего положения на картинке. (Приложение 6 рис.14).

Опыт 1. Водяная иллюзия

Оптические иллюзии в воде отражение стрелки - в этой иллюзии стрелка повёрнута в одну сторону, а если смотреть через стакан воды, то она повёрнута в другую сторону. Так происходит потому, что вода работает как зеркало отражая стрелку.

1. Для выполнения иллюзии нам понадобится: прозрачный стакан с водой и листок бумаги с двумя стрелками в любую сторону.





2. Подносим стрелки к стакану и смотрим, как стрелка поменяла своё направление.

Опыт 2. Преломление света.

Сломанный карандаш - в этом иллюзии карандаш в воде выглядит сломанным. Так происходит потому, что преломлению лучей. Свет распространяется по прямой, но, когда луч света переходит из одного прозрачного вещества в другое, его направление меняется. Это и есть преломление.

1. Для этой оптической иллюзии нам пригодится прозрачный, стеклянный стакан и любой карандаш.



2. В стеклянный стакан наливаем обычную воду.



3. Потом кладем в стакан карандаш.



4. И смотрим на иллюзию, как карандаш разрезался (преломился).

Опыт 3. 3-D Рисунок иллюзия объёмной лестницы

Это 3-D рисунок лестницы. Если на неё смотреть то, кажется, что лестница объёмная и настоящия, но на самом деле это оптическая иллюзия, обман. Это рисунок, нарисованный на согнутом листе бумаги.

1. Берём лист А4 линейку, карандаш (серый или чёрный), фломастер.



2. Лист сгибаем пополам.



3. Разгибаем лист и рисуем карандашом параллельные друг другу две линии по середине листа.
4. Потом фломастером чертим под углом две линии так как на фотографии.



5. Повторяем тоже самое, с другой стороны.
6. Чертим перекладины с помощью линейки, без наклона!
7. Рисуем перекладины карандашом тоже с помощью линейки.

Сгибаем лист и нас получилась оптическая иллюзия, кажется, что лестница настоящия! Так происходит потому, что тень кажется настоящей, как и лестница.

Опыт 4. 3-D Рисунок иллюзия объёмного кубика

1. Чтобы сделать эту оптическую иллюзию нам понадобится лист бумаги, линейка, карандаш, клей, ножницы.
2. Чертим два квадрата 5 на 5 см, как на фотографии.



3. Рисуем точки и ещё одну фигуру.



4. Вырезаем то, что мы нарисовали.



5. Сгибаем все квадраты.



6. Склеиваем с помощью прямоугольника и получаем объёмный, как кажется куб.

Итак, мое исследование оптических иллюзий в рамках индивидуального проекта на тему "Оптические иллюзии. Можно ли верить своим глазам?" подошло к концу. И я сделал 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 исследовательской работы на тему "Оптические иллюзии. Можно ли верить своим глазам?", проведенной в 4 классе начальной школы 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.
3. Исследование показало, что зрение контролирует не только глаз, но и мозг. Оптические иллюзии – это обман нашего мозга, а зрение является посредником, который этот обман передает.
4. Я пришёл 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.
5. С помощью данного индивидуального исследовательского проекта об оптических иллюзиях, я сделал выводы, что 90% информации приходит в наш мозг через глаза. 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. Не стоит забывать, что оптические иллюзии сопровождают нас в течение всей жизни, поэтому знание основных их видов, причин и возможных последствий необходимо знать каждому человеку.

1. Аксенова М., Измайлова С. Энциклопедия для детей. - Москва: Аванта+. 2008. - 243 с.
2. Перельман Я. И. Занимательная физика. Книга 1 Москва: Наука. 1986.-272 с.
3. Перельман Я.И. Занимательная физика. Книга 2 Москва: Наука. 1986. – 272 с.
4. Удивительные оптические иллюзии Джани А. Сарконе