Исследование по физике. Оглавление Введение Оптика

Исследование по физике.
Оглавление
 Введение
 Оптика
 Оптические иллюзии
 Линзы
 Строение человеческого
иллюзии, их влияние на зрение
 Заключение
глаза,
формирование
 Введение.
«Чтобы увидеть истину, двух глаз недостаточно». Таковы слова современного китайского
писателя Ли Шин Го. Хотя это высказывание было употреблено в художественном значении, оно
применительно и к физике. Несмотря на всю сложность, на первый взгляд, совершенность
зрительного аппарата, иногда наше зрение воспринимает не истину, т.е. действительность, а её
искажённое изображение, называемое оптической иллюзией.
Что же такое оптическая иллюзия? Какое место они занимают в нашей жизни и нужны ли
вообще? Эти и другие вопросы я сформулировала в целях своего исследования. Я поставила
задачи:




Выяснить, что такое иллюзия;
Изучить строение линз и способы искажение действительности с их помощью;
Изучить строение глаз и выяснить, какое влияние иллюзии оказывает на зрение.
Рассмотреть виды иллюзий.
 Оптика
Оптика (от греч. Opitike – наука о зрительных восприятниях) – это раздел физики, в котором
изучаются оптическое излучение(свет), процессы его распространения и явления, наблюдаемые
при взаимодействии света с веществом. Оптическое излучение представляет собой
электромагнитные волны с длиной волны от 1 нм до 1 см. В узком смысле слово свет – это
электромагнитные волны, воспринимаемые человеческим глазом.
Первые попытки объяснения оптических явлений относятся к середине XVII столетия, когда
одновременно появились две научные гипотезы о природе света – корпускулярная и волновая.
Согласно корпускулярной гипотезе, свет представляет собой поток мельчайших световых частиц
– корпускул, которые спускаются светящимся телом и летят с огромной скоростью. Используя
законы механики, эта теория объясняла: прямолинейность распространения света как движения
корпускул по инерции; законы отражения – на основании второго закона Ньютона с учётом
предположения о том, что при падении корпускулы на поверхность, к которой она отражается,
имеет место абсолютно упругий удар; законы преломления – исходя из того, что скорость света в
веществе больше скорости света в вакууме; дисперсию света – на основании предположения о
том, что масса корпускул, которые соответствуют разным цветам спектра, также различаются
(«красные» корпускулы более массивны, чем «фиолетовые»).
Однако в рамках корпускулярной гипотезы не удалось объяснить закон независимости
распространения цветовых пучков, а также явления интерференции, дифракции и поляризации
света.
Согласно волновой гипотезе, свет представляет собой волну, которая распространяется в
гипотетической среде, названной «мировым эфиром». В соответствии с этой гипотезой закон
независимости распространения световых пусков, законы отражения, законы преломления
объяснялись исходя их того, что скорость света в веществе меньше скорости света в вакууме.
При рассмотрении явлений интерференции, дифракции и поляризации допускалось, что свет
представляет собой поперечную волну. Волновая теория объясняла все известные законы оптика,
но оставался открытым вопрос о природе световых волн.
 Оптические иллюзии (от лат. illusio - обман), типичные случаи резкого несоответствия
зрительных восприятий реальным свойствам наблюдаемых объектов. И. о. известны с глубокой
древности: строители Древней Греции учитывали их при постройке зданий, они описаны Титом
Лукрецием Каром. И. о. свойственны здоровому зрит. аппарату (чем они отличаются от
галлюцинаций) и не устраняются при многократных наблюдениях. По механизму возникновения
И. о. можно разделить на такие, которые возникают из-за несовершенства глаза как оптического
прибора (кажущаяся лучистая структура ярких источников малого размера, напр. звёзд;
наблюдаемые иногда радужные кромки предметов из-за неисправленного хроматизма
хрусталика и пр.), а также на И. о., за возникновение которых ответствен весь зрит. аппарат,
включая его мозговые отделы.
Иллюзии бывают:
Контрастные иллюзии
Искривляющие иллюзии
Иллюзии размера
Геометрические иллюзии
Иллюзии глубины
 Линзы
Линзой называется прозрачное тело, ограниченное двумя криволинейными преломляющими
поверхностями. Если такие поверхности являются сферическими, то линза называется
сферической. Прямая, проходящая через центр сферической поверхности, называется главной
оптической осью. В случае тонкой линзы полюсы сферических сегментов находятся в одной
точке, которая называется оптическим центром линзы. Любая прямая, проходящая через
оптический центр линзы и не совпадающая с главной оптической осью, называется побочной
оптической осью линзы. Точка на главной оптической оси, в которой пересекаются
преломлённые линзой лучи, которые падали на линзу пучком, параллельны её главной
оптической оси называется главным фокусом линзы, а расстояние оптической линзы до фокуса –
фокусным расстоянием.
Каждая линза имеет два главных фокуса, так как она может преломлять световые пучки,
падающих на неё с двух сторон. Фокус линзы, расположенный со стороны лучей света,
падающих на неё, называется передним, а фокус со стороны преломлённых линзой лучей –
задний. Если линза расположена в оптической однородной среде, то оба главных фокуса линзы
находятся на одинаковых расстояниях от её оптического центра. Плоскость, проходящая через
фокус линзы, перпендикулярна к её главной оптической оси, называется фокальной. Фокус
называется действительным, если пересекаются лучи, выходящие из линзы, а линза –
собирающей. Если же в фокусе пересекаются продолжения преломлённых линзой лучей, то
фокус называется мнимым, а линза – рассеивающей.
Если перед линзой поместить светящуюся точку, то выходя из неё, лучи после преломления
пересекаются в определённой точке, которая называется действительным изображением
светящейся точки. Если пересекаются продолжения преломлённых линзой лучей, то точка
пересечения называется мнимым изображением светящейся точки. Существенным отличием
действительного изображения от мнимого является то, что в тех точках пространства, где
находится действительное изображение, можно обнаружить энергии светового излучения
помощью фотоэлемента фотопластинки, а в точках нахождения мнимого изображения этого
сделать нельзя.
С помощью линз также можно создавать иллюзии.
Во-первых, плоское стекло используется в театрах для получения появляющихся на сцене и
исчезающих привидений, призраков и внезапных вспышек света. Благодаря тому, что плоское
стекло весьма прозрачно, сквозь него можно видеть тех актеров и те предметы, которые
находятся сзади него; стекло незаметно для зрителей, а потому они и не знают причины
появления привидения. Мы можем смотреть в чистое оконное стекло, не видя самого стекла, но
наблюдая за тем, что происходит за стеклом. Если за стеклом достаточно светло, то мы даже не
аккомодируем зрение так, чтобы видеть стекло, а все наше внимание привлекают предметы за
ним.
Во-вторых, плоское стекло может быть использовано как «ложное» зеркало следующим
образом: сначала на сцене зрители видят изображение ярко освещенной статуи, находящейся
сбоку или сзади по отношению к стеклу, а затем освещается артист, играющий роль ожившей
статуи, ранее находившийся за стеклом, не освещенный и невидимый зрителям.
Постепенно уменьшая освещение статуи и увеличивая освещение артиста, можно добиться
почти незаметного замещения статуи натурой. Этот способ оживления статуи используется
иногда в опере «Дон Жуан». «Ложное» зеркало может быть получено с помощью так
называемого полупрозрачного зеркала.
 Строение глаза, формирование иллюзии, их влияние на зрение. Глаза снабжены большим
числом вспомогательных приспособлений для их защиты. Это брови, благодаря которым пот,
стекающий со лба, не попадает в глаза. Веки и ресницы защищают глаза от пыли. Веки
постоянно смыкаются и размыкаются, равномерно смачивая поверхность глаза слёзной
жидкостью. Слёзы образуются в слёзных железах, расположенных в слёзной части глазницы, над
глазом. Излишки слёзной жидкости стекают в носовую полость через слёзный проток. Секрет
слёзных желёз действует не только как смазывающая, но и как дезинфицирующая жидкость.
Глаз имеет форму шара, поэтому называется глазным яблоком. Такая форма позволяет ему
двигаться в определённых пределах в полости костного углубления – глазницы. Движения глаза
достигается достижением шести глазных мышц. Они прикреплены одним своим концом к стенке
глазницы, а другим - к глазному яблоку.
Снаружи глаз покрыт белой плотной белочной оболочкой, которая окружает всю поверхность
глазного яблока. Белочная оболочка соединяется со слизистой оболочкой, которой изнутри
покрыты веки. Спереди белочная оболочка соединяется с прозрачной оболочкой – роговицей.
Следующая оболочка глаза – сосудистая. Она пронизана множеством кровеносных сосудов,
снабжающих глаз кровью. Внутренняя поверхность этой оболочки содержит тонкий слой
красящего вещества – пигмент, который поглощает световые лучи.
Спереди – напротив роговицы, сосудистая оболочка переходит в радужную оболочку, которая
может быть разного цвета в зависимости от находящегося в ней пигмента. Именно эта оболочка
определяет цвет глаз. В центре радужной оболочки находится круглое отверстие – зрачок. Зрачок
расширяется и сужается в зависимости от количества света падающего на глаз.
Внутренняя стенка глазного яблока выстлана очень тонкой оболочкой сетчаткой. В ней
расположены клетки, очень чувствительные к свету – зрительные рецепторы. Именно в них
энергия, проникающая в глаз, световых лучей превращается в процесс нервного возбуждения. И
по волокнам зрительного нерва эти нервные импульсы попадают в мозг.
Когда предмет приближается к глазу, угол зрения увеличивается, вследствие чего увеличивается
и видимый размер предмета.
Таким образом, если назначение оптического прибора состоит в том, чтобы увеличить размер
изображения на сетчатке, то этот прибор должен увеличивать угол зрения.
В некоторых отношениях глаз и оптические приборы очень схожи. У них есть линза впереди и
светочувствительный материал в области ее фокуса. Однако в случае глаза как линза, так и
детектор устроены очень изощренно. У оптического прибора наводка на резкость достигается
приближением или отдалением фокуса. У глаза хрусталик находится в фиксированном
положении, но его оптическая сила может изменяться за счет изменения его кривизны.
Удерживающие хрусталик мышцы могут его растягивать, отчего он становится тоньше, или
сжимать, увеличивая его выпуклость.
В действительности хрусталик обеспечивает лишь малую часть схождения лучей в оптической
системе глаза. Внешний прозрачный слой, называемый роговой оболочкой, также искривлен и
содержит за собой жидкость — водянистую влагу. Эта жидкость, а также жидкость, находящаяся
за хрусталиком (стекловидное тело), имеют показатель преломления почти такой же, как у воды:
1,34. Поэтому значительная часть полного преломления происходит на внешней поверхности,
где лучи входят из воздуха в роговую оболочку. Сам хрусталик имеет показатель преломления
около 1,44. Изменения его кривизны слегка подгоняют общее схождение лучей в системе.
Как и объектив фотоаппарата, хрусталик глаза может диафрагмироваться. У глаза такая
диафрагма называется радужной оболочкой. Это карее, синее, серое или зеленое кольцо глаза.
Радужная оболочка может увеличивать или уменьшать находящееся в ее середине круглое
отверстие, называемое зрачком. При ярком свете зрачок имеет диаметр чуть меньше 2 мм, в то
время как при слабом освещении диаметр зрачка может увеличиться чуть больше, чем до 8 мм.
Следящая система обратной связи, которая осуществляет эти изменения, срабатывает лишь за
несколько секунд, а у пожилых людей время реакции может быть и еще больше. Переменный
размер зрачка может компенсировать примерно лишь 20-кратные изменения интенсивности
света. Однако глаз в целом до некоторой степени сохраняет работоспособность при
интенсивностях света, изменяющихся в миллион раз. Большая часть такого приспособления
происходит в «фотопленке», т. е. в нервных клетках сетчатой оболочки (сетчатки).
Бытует ошибочное мнение, что возникающие время от времени так называемые оптические
иллюзии вызваны повреждениями зрительного аппарата, в частности хрусталика, или
индивидуальными нарушениями зрения.
Оптической иллюзией называются несоответствующие действительности представление
видимого явления или предмета вследствие особенностей зрительного аппарата, т.е. неверное
представление реальности.
Причины иллюзий:
- в мозг приходит ошибочная информация, из-за того как глаза воспринимают свет;
- мозг неправильно реагирует на сигналы, получаемые от глаз;
- из-за нарушений в передачи информационных сигналов по нервам.
Причины возникновения оптических иллюзий заключаются в физическом и психическом
воздействии цвета на наши глаза и мозг. Оптические иллюзии могут приводить к неправильной
количественной оценке таких величин, как размер, длина, пропорции и цвет объекта. На наше
зрение они не оказывают негативного влияния. Наоборот, зная особенности восприятия
оптических иллюзий, можно решить очень многие задачи для создания удобства и комфорта в
жизни и деятельности человека, например: от распределения пропорций при создании одежды,
увеличения-уменьшения пространства в архитектуре, до сочетания и расположения цвета в
рекламе и др. Поэтому, внимательное и детальное рассматривание изображений, которые
специально созданы для того, чтобы спровоцировать оптические иллюзии, дает, своего рода,
тренировку для нашего зрительного органа правильно оценивать и запоминать видимый объект.
Особенно полезно изучение двойственных изображений или картинок-перевертышей.
Классический пример восприятия изображения молодой женщины и старухи.
 Заключение
В ходе исследования я проделала большую работу. Я узнала много нового, специально посетила
выставку иллюзий. Для меня стало открытием, что оптические иллюзии широко используются в
нашей жизни: в театре и цирке, в психологии, в архитектуре. Положительным моментом в
исследовании стало то, что эти иллюзии не оказывают негативного воздействия на зрение.
Они вызывают сильные положительные эмоции у детей и у мало знающих физику людей,
позволяют обманывать их, заставляют задумываться и искать ответы.
Возможно, в современной жизни можно найти много других ещё не открытых иллюзий, и скорее
всего, появятся новые.
Использованные ресурсы:

А. А. Луцевич С. В. Яковенко «Физика», Минск «Вышейшая школа», 2000 год

А. С. Батуев Биология Человек 9 класс, Москва, Издательский дом «Дрофа», 1998 год.

http://уроки.мирфизики.рф/

http://uchifiziku.ru/

http://zreni.ru/