Опыты. Часть 4. Адаптация к темноте

Описание

↑ ОПЫТ 16. АДАПТАЦИЯ К ТЕМНОТЕ

Оборудование: квадрат черного картона, круг и квадрат из белой бумаги размером около 2,5 сантиметра

В яркий солнечный день, когда вы входите в неосвещенную комнату с улицы, вам кажется, что в доме царит глубокая ночь. Но вскоре вы уже прекрасно ориентируетесь, несмотря на относительно малую освещенность: ваши глаза приспособились — произошла адаптация к темноте. Сущность этого процесса состоит в том, что сетчатка становится более чувствительной к свету, потому что количество особого химического вещества — родопсина, содержащегося в ней, автоматически увеличивается с уменьшением освещенности.

Родопсин содержится в палочковых клетках сетчатки. В первые пять минут после изменения освещенности количество родопсина меняется очень быстро, а затем медленно еще примерно в течение часа. В результате адаптации чувствительность глаза к свету возрастает в миллион раз. При идеальных условиях глаз, полностью адаптированный к темноте, может заметить свет от обыкновенной свечки, удаленной на 20 километров!

Наблюдать процесс адаптации очень просто: вечером перейдите из хорошо освещенной комнаты в темную. Заметьте, сколько времени понадобится вам для того, чтобы различить цифры, на часах со светящимся циферблатом или прочесть заголовок газеты, если из окна или из приоткрытой двери идет слабый свет.

Очень слабый свет лучше виден, если смотреть чуть мимо него. Причина — отсутствие палочек в центре сетчатки. Так, неяркая звезда в небе покажется ярче, если посмотреть немного в сторону от нее. Проверьте это, когда представится удобный случай.

Возьмите квадрат черного картона размером 20 на 25 сантиметров. По обе стороны от центра на расстоянии 5 сантиметров приклейте к картону кружок и квадрат. Держите картон, как книгу во время чтения (рис. 16. 1).





Пусть ваш партнер внезапно погасит свет. Ваши глаза постепенно приспособятся к темноте, и вы увидите белые пятна (на невидимом картоне). Обратите внимание — кружок виден лучше, если смотреть не на него, а на квадратик. Можете ли вы объяснить, почему?

Если вы внимательно прочли начало описания этого опыта, то сможете правильно объяснить его результаты.

Экспонат для выставки

Сделайте схематические рисунки сетчатки, обозначив на ней плотность расположения колбочек и палочек. Начертите диаграмму процесса адаптации к темноте. Перечислите на диаграмме функции палочек и колбочек.

↑ ОПЫТ 17. СМЕНА ЦВЕТОВ

Оборудование; фонарь с картонной маской

Когда свет падает на глаз, начальная его фокусировка производится роговицей, зрачок пропускает определенное количество сходящихся лучей, хрусталик доводит фокусировку до совершенства, но только в сетчатке начинается собственно процесс зрения. В этом опыте вы можете получить некоторое представление об электрохимической деятельности сетчатки.

Вырежьте кусок плотного картона по размеру стекла вашего фонаря. В центре сделайте маленькое отверстие и закрепите полученную маску на стекле фонаря. В результате ваш фонарь дает тонкий, но очень яркий пучок света. Опыт проводите в совершенно темной комнате, и прежде, чем начать, побудьте 5—10 минут в темноте, чтобы ваши глаза адаптировались.

Один глаз закройте. Другим смотрите на светящееся отверстие в маске фонаря (рис. 17. 1),


[banner_centerrs] {banner_centerrs} [/banner_centerrs]



приблизив его к глазу на 2,5—5 сантиметров; смотрите, не отрываясь, пока не сосчитаете (очень медленно) до 40. Теперь погасите фонарь, закройте оба глаза и прикройте их ладонью, не нажимая. Несколько секунд подождите, а затем вы заметите яркое пятно. Внимательно «рассмотрите» его; торопиться не надо — оно сохраняется довольно долго, иногда — несколько минут.

Вы видите образ, возникший вследствие долгого раздражения участка сетчатки ярким раздражителем; такой образ называют послеобраз, или последовательный образ. Наблюдайте, как он меняет цвет. С первого раза опыт, возможно, вам не удастся — повторите его. Вероятно, надо продлить время «смотрения» на свет фонаря, чтобы затем лучше различить смену цветов в центральной части послеобраза.

Процесс, приводящий к возникновению последовательного образа, сосредоточен главным образом в сетчатке. Однако, вы видите этот образ, значит, в процессе участвует весь нервный аппарат зрения от сетчатки до мозга включительно. Подумайте, почему виден сначала один цвет, затем другой и так далее.

Экспонат для выставки

Изучите детальнее вещества, содержащиеся в сетчатке. Начертите схемы некоторых химических реакций и покажите, как глаз реагирует на свет.

↑ ОПЫТ 18. ПОСЛЕОБРАЗЫ

Оборудование: разноцветная бумага, равномерно серая поверхность — экран

Число послеобразов, которые вы можете наблюдать, бесконечно. Термин послеобраз означает, что образ остается после того, как вызвавший его раздражитель перестает действовать. Послеобраз называется положительным, когда он содержит такое же распределение ярких и темных участков, как и сам раздражитель, и отрицательным, когда распределение ярких и темных участков противоположное.

Наиболее интересны наведенные послеобразы. Эффект наведения вызывается чем-то дополнительным к основному раздражителю — например, фоном, на котором рассматривается послеобраз; этот фон может представлять собой либо узор, либо серое поле, либо цветное поле. Сначала всегда показывают основной раздражитель — рисунок, цвет. Затем наблюдатель смотрит на какой-либо фон. Легче всего обнаружить наведенный послеобраз на нейтральном — сером фоне.

На рис. 18. 1





показаны рисунки, с помощью которых можно получить хорошие послеобразы. Оставьте в поле зрения только один рисунок и смотрите на него 30—60 секунд. Затем переведите взгляд на серый фон. Света в комнате должно быть не слишком много (сумеречное освещение). Вы можете увидеть птицу, летящую по потолку, по стене, по вашей ладони. Вырежьте любые изображения из цветной бумаги. Экспериментируйте с фигурами разного цвета. Посмотрев на такую фигуру, переведите взгляд па серый фон — и вы увидите послеобраз дополнительного к первоначальному цвета. Вы познакомились таким образом с одним из основных принципов формирования наведенных послеобразов.

Под действием основного раздражителя расходуется определенный вид электрохимической энергии зрительной системы, вследствие чего одновременно повышается ее чувствительность к противоположному виду той же энергии. Например, красный раздражитель приводит к расходу «красной» энергии, отчего глаз становится более чувствительным к энергии «зеленой», дополняющей красную. Такое объяснение, конечно, не удовлетворит специалиста по зрению, но на первых порах оно годится.

Фиксируйте правым глазом букву С в течение минуты; левый глаз закройте ладонью. Посмотрите послеобраз правым глазом. А теперь заслоните правый глаз и откройте левый. Видите ли вы послеобраз левым глазом? О каком свойстве наведенных послеобразов говорит результат этого опыта?

«Серое» — то же самое, что белое малой яркости, а в свете, отраженном от белой (и серой) поверхности, скрыты все цвета. Когда основной раздражитель красный, а затем вы смотрите на серую поверхность, виден «наведенный» зеленый цвет. Объяснение простое: зеленое, содержащееся в сером наравне с красным, ощущается сильнее, поскольку увеличилась чувствительность глаза именно к зеленому (точнее, к зелено-голубому), а чувствительность к красному понизилась.

Возьмите фон такого же цвета, какой свойствен первому раздражителю. Смотрите на ярко-красный квадрат в течение минуты, а затем переведите взгляд на лист красной бумаги. Как выглядит послеобраз?

Оставьте тот же основной раздражитель, но фон возьмите зелено-голубого цвета, то есть цвета, дополнительного к красному. Как отличается нынешний послеобраз от предыдущего и от того, который получился на сером фоне? Попробуйте различные цвета и различные сочетания для основного раздражителя и для фона.

Экспонат для выставки

Узор, состоящий из концентрических окружностей (рис. 18.2), — очень сильный раздражитель, легко вызывающий послеобразы.





Сделайте такой рисунок диаметром 30—50 сантиметров. Установите в стороне большой серый экран для рассматривания послеобраза. Если ваш рисунок цветной, эффект получится особенно впечатляющим. Разработайте сочетания цветов и рисунки, которые произведут наибольший эффект. Большие экспонаты можно демонстрировать целой группе людей одновременно.

↑ ОПЫТ 19. ИНЕРЦИЯ ЗРЕНИЯ

Оборудование: проекционный фонарь, рисунки птицы и клетки, длинная линейка

Бегущая на киноэкране лошадь, конечно, никуда не бежит. Не бежит она и на телевизионном экране. И вообще «движущиеся» в кадре объекты неподвижны— перемещаются сами кадры, нo с такой скоростью, что человеческий глаз не замечает их смены. Видеть на экране движение можно потому, что зрение человека обладает определенной инерцией. (О восприятии подлинного движения речь пойдет при описании опыта 35.) Иначе говоря, любое зрительное ощущение сохраняется еще некоторое время после того, как раздражитель исчезает. Поэтому, если раздражители сменяются достаточно часто, видимое изображение предыдущего раздражителя плавно переходит в образ последующего раздражителя, а при определенных условиях их можно увидеть и одновременно.

На рис. 19. 1





показан таумотроп — приборчик, вращая который можно продемонстрировать инерцию зрения. Если вращать таумотроп достаточно быстро, рисунок с одной стороны совмещается с рисунком, находящимся на противоположной стороне. На одной стороне картонного квадратика наклейте рисунок птицы, а на другой — рисунок клетки (рис. 19.2).





Воткните иглу одним концом в край картонного квадратика, другим в карандаш. Вращайте карандаш — и птица будет в клетке.

Если у вас есть проекционный фонарь (или фильмоскоп), вы можете довольно эффектно показать феномен инерции зрения. Небольшой лист бумаги поместите примерно в 1 —1,5 метра перед проектором. Большой экран не годится — нужна поверхность, на которой можно получить только часть изображения. Вставьте диапозитив в проектор и фиксируйте изображение так, чтобы оно занимало весь. лист.

Один конец метровой линейки закройте белой бумагой на протяжении 25—30 сантиметров. За другой конец держите линейку горизонтально. «Выбеленный» конец линейки поместите в то же положение, куда вы ставили лист бумаги. Чуть перемещая линейку, найдите такое ее удаление от проектора, при котором любая часть изображения оказывается четко фокусированной на белом конце линейки. Теперь приступайте: быстро перемещайте линейку вверх-вниз, вверх-вниз.

Наблюдатели, стоящие за проектором, видят полное изображение цветного рисунка в воздухе в том месте, где вы двигаем линейку. Это происходит потому, что отдельные куски изображения, непосредственно видимые только в те моменты, когда они проектируются на линейку, сохраняются зрением в течение некоторого времени, достаточного для того, чтобы вы успели, передвинув линейку, показать следующие куски кадра.

Знаете ли вы, что таким же способом получается телевизионная картинка? Только там не линейка, а электронный луч одну за другой показывает горизонтальные строчки изображения. А целая картина получается благодаря инерции зрения.

Экспонат для выставки

Таумотроп можно сделать по-разному; для вращения двусторонней картинки годится любой способ. Придумайте пары пооригинальнее. Самодвижущееся устройство позволит вам продемонстрировать инерцию зрения так же, как в опыте с линейкой.

↑ ОПЫТ 20. ОДНОВРЕМЕННЫЙ КОНТРАСТ

Оборудование: картон, акварельные краски, два источника света, цветные фильтры

В последних четырех опытах мы познакомились с электрохимическими и физиологическими процессами в зрительном аппарате. Вы узнали, что процесс, начинающийся в сетчатке под действием света, продолжается и после того, как раздражитель исчезает из поля зрения. Поэтому восприятие последующего раздражителя оказывается под влиянием ощущений, вызванных предшествующим раздражителем. Один раздражитель влияет на восприятие другого и в том случае, когда оба они действуют одновременно. Простейшим примером такого рода служит явление одновременного контраста.

Из листа серой бумаги вырежьте три квадрата и поместите их на различный фон: белый, серый и черный (рис. 20.1).





Одинаковые серые квадраты будут казаться разными по тону. Это и есть одновременный контраст.

На ярком фоне темное кажется еще более темным, на темном фоне яркое — еще ярче, причем граница между ярким и темным резко выделяется. Явление одновременного контраста, по-видимому, связано с механизмом остроты зрения (опыт 15).

Глядя на рис. 20. 2,





вы легко заметите серые пятна в пересечениях белых линий. Однако в том пересечении, на которое вы смотрите прицельно, серое пятно заметно меньше, чем на соседних. Это объясняется тем, что, когда изображение падает на центральную ямку сетчатки, где нет палочек, одновременный контраст усиливается. Впрочем, для этой «иллюзии яркостного контраста» пока точного научного объяснения нет.

Можно получить цветные эффекты иного рода. Исследуйте явление одновременного цветового контраста, помещая вырезанные из одного и того же цветного листа бумаги квадраты на разный фон: серый и цветной (сходный с цветом квадратов или дополнительный к нему).

Особенно эффектный цветовой одновременный контраст можно получить, вырезав в центре большого цветного листа маленькое (12 на 24 миллиметра) прямоугольное отверстие. Подложив под этот лист кусок серой бумаги, вы увидите, что большое цветное поле легко наведет свой дополнительный цвет в маленьком сером прямоугольнике.

Экспонат для выставки

1. Используйте два проекционных фонаря. В тонкой металлической или черной пластмассовой пластине размером с диапозитив прорежьте отверстие диаметром 6 миллиметров; сделайте два таких прямоугольника. Поместите их в рамки проекторов, сузив, таким образом, пучок света, проецируемой на экран. Теперь вы можете продемонстрировать эффект окрашенных теней.
   
   Перед объективом одного проектора поместите цветной фильтр; сделайте его из цветного целлофана (лучше из нескольких слоев, чтобы окраска была достаточно интенсивной). Можно использовать цветное стекло, окрашенную пластмассу — любые прозрачные цветные пластинки. Второй проектор слегка поверните (рис. 20.3),
   
   
   
   
   
   
   Рис. 20. 3. Цветной фильтр, поставленный перед одним из фонарей, наводит дополнительный цвет в пятне, проецируемом другим фонарем.
   
   
   чтобы проецируемые на экран пятна света отчасти перекрывали друг друга. Если вы взяли зеленый фильтр, то часть белого пятна, не покрытая зеленым светом, имеет розовый оттенок. Лучше уменьшить яркость белого проектора, например с помощью маски из тонкой бумаги или материи. Но еще лучше регулировать яркость реостатом.
   
   С фильтрами разных цветов получается различный эффект. Поместив указку в луче цветного проектора, вы увидите очень своеобразный эффект: тень указки, блокировавшей цвет, заполнится светом от белого проектора и в свою очередь примет оттенок дополнительного цвета. Вы получите удивительнейшие эффекты, если будете экспериментировать с разными цветами.
   
   
2. Впечатляющий эффект наведенного цвета можно продемонстрировать с помощью устройств, показанных на рис. 20. 4 и 20. 5.
   
   
   
   
   
   
   Рис. 20. 4. На большой кусок картона (75 на 100 сантиметров) наклейте четыре очень яркие полосы указанных здесь цветов (или раскрасьте соответствующими красками). Этот картон послужит подложкой для листа с отверстиями, показанного на рис. 20. 5. Расстояние наблюдения — не менее 4,5 метров.
   
   
   
   
   
   
   
   Рис. 20. 5. Кусок картона (также 75 на 100 сантиметров) накладывается на подложку (рис. 20.4) Четыре верхних квадратных отверстия показывают цвета четырех столбцов подложки. Ниже наклеены 14 горизонтальных цветных полос; темные вы должны сделать темно-синими, светлые сделайте желтого цвета. Панель сначала устанавливают вертикально. С расстояния около пяти метров наблюдатель хорошо видит цвет каждого квадрата. Во всех квадратах, расположенных против одной и той же полосы, будет виден одинаковый цвет. Затем панель отклоняют, от вертикали (верхний край идет назад). При некоторой степени наклона (запомните, при какой именно) наблюдатель замечает поразительное изменение цвета — разное в различных квадратах. Здесь проявляется все то же явление одновременного цветового контраста.
   
   
   Вы можете быть уверенными— зрители, наблюдающие эффекты наведенного цвета, будут очень заинтересованы.
   

Продолжение в следующей статье: Опыты ? Часть 5

----

Статья из книги: Опыты со зрением в школе и дома | Грегг Дж.