Опыты. Часть 6. Физиологическое двоение

Описание

↑ ОПЫТ 26. ФИЗИОЛОГИЧЕСКОЕ ДВОЕНИЕ

Оборудование: два карандаша, шнур

В прошлом опыте наблюдатель, глядя на удаленный предмет, видел двойное изображение близкого предмета (и наоборот). Такoе двоение называется физиологическим двоением. Образ предмета удвоен потому, что его изображение попадает на участки сетчатки обоих глаз, не связанные между собой в нервной системе так, чтобы из двух изображений составлялся один образ. О подобных участках говорят, что они «не корреспондируют» (не связаны между собой). Наблюдателю кажется, что изображения (попадающие на такие участки) принадлежат предметам, находящимся в различных точках пространства.

Опыт легко провести хотя бы с помощью двух карандашей. Держите один, согнув руку (кончик карандаша должен быть на уровне глаз на расстоянии примерно 35 сантиметров от них); другой карандаш держите в вытянутой руке (кончик его чуть выше уровня глаз). Оба карандаша располагаются примерно на одной линии. Глядя на ближний карандаш, вы увидите, что дальний в это время двоится. Переведите взгляд на дальний — он будет виден одиночно, а ближний покажется удвоенным.

В большей или меньшей степени двоятся почти все окружающие вас предметы, за исключением того, на котором вы фиксируете взгляд, но двоение не заметно потому, что окружающие предметы воспринимаются малочувствительным к двоению боковым зрением. К тому же вы привыкли к такому двоению и не обращаете на него внимания.

Конец трехметрового шнура прикрепите к стулу, или к ручке двери, или дайте кому-нибудь в руки. Другой конец приложите к собственному носу. Смотрите на дальний конец шпагата. Вы замечаете, что ближняя к вам часть шнура «раздвоилась», причем двоение тем меньше, чем дальше данный участок шпагата, так что весь он образует перевернутую букву V.

А теперь переведите взгляд на какой-нибудь близкий участок шнура. Этот участок не будет раздваиваться, а весь остальной шпагат покажется удвоенным, причем в целом он будет похож на букву X. А когда вы посмотрите на ближайший участок шпагата, то весь он примет форму буквы V с вершиной у вашего носа.

Иногда этот опыт сразу не получается, приходится потренироваться. Бывает, что на время такого опыта одни глаз самопроизвольно выключается — тогда двоения, конечно, не произойдет. Если вам все же не удалось получить описанный выше результат, обратитесь к окулисту для проверки бинокулярного зрения.

Есть еще один интересный способ получить заметное физиологическое двоение. Смотрите на удаленный предмет и держите в это время пальцы, как показано на рис. 26.1.





Вы увидите плавающий между вашими пальцами «дополнительный палец».

Экспонат для выставки

Отработайте опыт со шнуром и демонстрируйте его желающим. Начертите схемы, показывающие, как возникает двоение. С помощью двух предметов — близкого и далекого — можно показать двоение.

↑ ОПЫТ 27. БИНОКУЛЯРНАЯ ПРОЕКЦИЯ

Оборудование: колышки на подставках, лист фанеры или плотного картона

Человек смотрит одновременно двумя глазами, но видит каждый предмет как один; в мозгу два изображения сливаются в одно. Такое зрение называется бинокулярным одиночным зрением. Но назвать — не значит объяснить, а объяснение здесь непростое. Например, неясно, почему двоение нефиксируемых предметов не мешает человеку ориентироваться (вы наблюдали это в предыдущем опыте). Быть может, на самом деле положение этих предметов в пространстве воспринимает только один глаз?

Нет, при бинокулярном зрении оба глаза воспринимают все направления в пространстве одновременно — как один воображаемый «циклопический» глаз, расположенный примерно в переносице, то есть на середине линии, соединяющей зрачки реальных глаз.

Уложите лист фанеры или картона длиной около 120 сантиметров на журнальный столик или просто устройтесь у достаточно длинного стола, как показано на рис. 27.1.




[banner_centerrs] {banner_centerrs} [/banner_centerrs]

У дальнего края стола на средней линии (против носа наблюдателя) поставьте высокий зеленый колышек. Во время опыта голова наблюдателя должна быть совершенно неподвижной.

Сначала наблюдатель прикрывает левый глаз и смотрит на зеленый колышек правым глазом. Экспериментатор ставит на стол короткий голубой колышек и двигает его по указаниям наблюдателя так, чтобы голубой колышек был виден на одной линии с зеленым. При этом расстояние между глазом и голубым колышком должно быть около 30 сантиметров. После этого наблюдатель закрывает правый глаз (голова неподвижна!) и экспериментатор устанавливает короткий красный колышек так, чтобы он был виден на одной линии с зеленым.

Затем наблюдатель открывает оба глаза и смотрит на дальний колышек. Он видит перед собой не два, а три коротких колышка, причем средний из них имеет смешанную красно-синюю окраску и за ним виден высокий зеленый колышек. Несуществующий средний колышек виден дальше, чем два крайних, — примерно на середине расстояния от глаз до зеленого колышка. Проверьте это, предложив наблюдателю показать концом линейки под столом то место, над которым стоят крайние и средний колышки.

На самом деле никакого среднего колышка, конечно, нет, но наблюдатель его видит столь же ясно, как и те, что реально существуют. Впрочем, экспериментатор должен заметить, что положение реальных коротких колышков наблюдатель также указывает неверно: когда открыты оба глаза и взгляд направлен на далекий предмет, близкие предметы видны не там, где они находятся на самом деле. Достаточно наблюдателю прикрыть один глаз, и средний колышек исчезает, а короткие становятся на свои места.

Вы можете проделать еще несколько опытов с вашей установкой. Поставьте высокий колышек близко, а короткие установите у дальнего края стола. Поочередно смотрите каждым глазом так, чтобы для правого глаза на одной линии с зеленым был красный колышек, а для левого — голубой. Исследуйте другие варианты.

Экспонат для выставки

Эту же установку можно демонстрировать посетителям. Для объяснения результатов опыта сделайте схему бинокулярной проекции по рис. 27.2.

↑ ОПЫТ 28. БИНОКУЛЯРНОЕ ЗРЕНИЕ

Оборудование: кусок картона с отверстием и натянутой поперек нитью, набор парных фигур, полоска картона

На сетчатке каждого глаза формируется собственное изображение наблюдаемого предмета, но обоими глазами мы видим одиночный образ этого предмета. Как сливаются два изображения в один образ? Быть может, одно изображение или части обоих изображений «выключаются» (подавляются)? Или изображения полностью соединяются? В зависимости от свойств каждого изображения происходит в той или иной мере и одно, и другое, и третье.

Результаты опытов по исследованию бинокулярного зрения зависят прежде всего от того, как работает зрение наблюдателя. У разных людей все получится немного по-разному, в зависимости от способности глаз к конвергенции, остроты зрения каждого глаза и многого другого. Но в главном результаты у всех будут сходными — надо лишь тщательно подготовить фигуры, которые вы будете наблюдать.

Возьмите кусок картона с квадратным отверстием (сторона квадрата 36 миллиметров). За отверстием натяните вертикально пересекающую его по центру узкую полоску черной бумаги (нить). Смотреть надо на нить —во время опыта она должна быть видна одиночно.

На столе установите пару фигур (например, такую, как на рис. 28. 1).





Плавно приближайте и удаляйте от себя картон с отверстием, пока не найдете то положение, при котором нить видна одиночно, а обе фигуры накладываются одна на другую, сливаются.

Разберитесь в том, как это получается. Прищурьте левый глаз — вы обнаружите, что правый видит нить и за ней левую фигуру (ЛФ), прикрыв правый глаз, вы увидите нить и правую фигуру (ПФ); разобраться вам поможет схема на рис. 28.2.





Во время опыта фигура видна не очень четко, так как глаза фокусируют изображение нити, которая находится ближе. Тем не менее слияние (или по крайней мере совмещение) происходит, а после некоторой тренировки человек, особенно молодой, сможет четко видеть и фигуры и нить.

Соперничество фигур. Изготовьте пару фигур, обозначенную буквой А на рис. 28. 3.





Сторона каждого квадрата — около 5 сантиметров, промежуток между ними — примерно 2,5 сантиметра. Установите их, как показано на рис. 28. 1, и проведите опыт.

Вид совмещенной фигуры непостоянен: сначала преобладают линии одного направления, затем противоположного, снова первые, затем вторые. Иногда виден узор типа плетеной корзины. Посчитайте число изменений видимой картины за минуту и сравните с результатами других наблюдателей.

Подавление изображения. Теперь возьмите пару фигур Б. Левая — красный (или любого другого цвета) квадрат, а правая — черный круг на ярком белом фоне. Вы замечаете, что в совмещенной фигуре окраска то слабеет, то усиливается, а вокруг черного кружка имеется постоянный белый ореол: резко контрастная граница черного с белым — настолько сильный раздражитель, что в этой области левое (окрашенное) изображение полностью подавлено. Повторите тот же опыт, меняя диаметр черного круга, цвет и яркость фона, цвет и яркость левой фигуры. Поменяйте фигуры местами.

Совмещение и слияние цветов. Пара фигур В — это просто разноцветные квадраты. Возможны любые комбинации цветов. Если вы подберете такую пару, цвета которой действительно дополняют друг друга, то, слившись, они дадут белый квадрат. Правильно подобранные по тону красный и зеленый при слиянии дадут желтый цвет.

При бинокулярном слиянии можно получить много интересных оттенков. После слияния исходные цвета дают нечто совершенно отличное от цвета, видимого только одним глазом (то есть монокулярно).

Блеск. Сделайте два квадрата, подобных В, но один из них должен быть матово-черным, а другой — либо красным с блестящей поверхностью, либо белым, но тоже блестящим. То, что вы видите, когда сливаются такие фигуры, называется блеском; но в данном случае нет настоящего слияния: обе фигуры видны одновременно, а в восприятие «проходит» только ряд совместимых характеристик предметов. Так объясняется феномен блеска.

Полное слияние (фузия). Вопрос, который исследуется в этих опытах, до конца не выяснен, и мнения ученых противоречивы. Что происходит, когда два изображения вполне одинаковы? Предположим, оба квадрата в паре В голубые. Который из них виден при бинокулярном зрении? А если мы видим оба, то отличается ли слитый образ от образа одного из квадратов? Для того чтобы глубоко исследовать эти вопросы, необходимо гораздо более сложное оборудование.

Очень интересно изучить пары Г, Д и Е. Попытайтесь предсказать результаты опытов с этими парами. Число комбинаций, с которыми вы можете экспериментировать, бесконечно.

С помощью пары Г вы можете познакомиться с явлением подавления части бинокулярного образа. Посмотрите, все ли буквы попадают в соответствующие квадраты? С парой фигур Д, в случае если бинокулярное слияние будет хорошим, должна получиться полная фигура мальчика. Фигуры Е составлены из разноцветных квадратов. Какой эффект получается при бинокулярном наблюдении?

Участвуют ли оба глаза в зрении при самых обычных условиях? Это можно узнать без большого труда. Посмотрите на рис. 28.4.





На полдороге от книги к глазам (по линии «нос — корешок книги») поместите полоску черного картона шириной около 2,5 сантиметра; она не мешает вам читать (голова неподвижна!) — значит, вы видите бинокулярно. Проверьте это. Закройте левый глаз, потом откройте его. Повторите опыт, закрыв правый глаз.

Теперь вам ясно, что в этом опыте весь текст виден только при бинокулярном зрении. Можете проверить бинокулярность и глядя вдаль: поставьте картонную полоску в 30 сантиметрах от глаз. Она, конечно, двоится, но закрывает ли она какие-нибудь отдаленные предметы? Объясните, почему вы видите в этом опыте так, а не иначе.

Экспонат для выставки

Отверстие с нитью, которое вы использовали в опыте слияния, фигур, это в сущности заменитель стереоскопа. С помощью стереоскопа наши опыты могут быть проделаны очень легко. Модель стереоскопа довольно просто изготовить самим.

Со стереоскопом вы можете провести множество превосходных опытов. Для показа бинокулярных эффектов придумайте собственные пары фигур. Ваша аудитория может пользоваться приборами, которые вы изготовите самостоятельно, и собственными глазами убедиться в справедливости того, о чем вы расскажете.

↑ ОПЫТ 29. СТЕРЕОСКОПИЧЕСКАЯ ГЛУБИНА

Оборудование: фигуры, составляющие стереопару

При бинокулярном слиянии двух изображений возникает эффект, о котором не упоминалось в опыте 28. Этот эффект лучше изучать особо. Когда вы смотрите на два изображения, слегка асимметричные по отношению друг к другу, при их слиянии у вас возникает ощущение объемности. Это и есть эффект стереоскопической глубины, или просто стереоэффект.

Посмотрите на две пары фигур рис. 29.1.





Все кольца, естественно, находятся в плоскости страницы. Теперь положите карандаш на страницу так, чтобы его кончик был точно в месте буквы А. Возьмите карандаш за другой конец и постепенно приближайте к глазам. Смотрите все время на кончик карандаша! Вместо двух фигур на странице появятся четыре в ряд, а затем, когда вы еще более приблизите к себе карандаш, средние сольются в одну. Остановите карандаш в этой точке и, глядя на его кончик, попытайтесь заметить, что средняя фигура не плоская, ее внутренняя окружность видна гораздо глубже, дальше, чем наружная. Получить результат в этом опыте не так-то просто. Быть может, вам придется повозиться, прежде чем вы подберете наилучшее расстояние от страницы до карандаша, от глаз до карандаша и научитесь хорошо видеть фигуры, глядя не на них, а на кончик карандаша Повторите тот же опыт с фигурами Б. Какое кольцо теперь вам кажется ближе?

Как возникает стереоэффект? Фигуры П и Л немного асимметричны: маленькие окружности в паре А смещены к центру, в паре Б — от центра. Когда вы смотрите на кончик карандаша, приблизив его к глазам, ваш правый глаз нацелен на фигуру П, а левый— на Л. Эго те же условия, что и в опыте с нитью (опыт 28). Только сейчас изображения фигур на сетчатках глаз чуть асимметричны, а когда такие изображения сливаются в мозгу, возникает стереоэффект. При выполнении всех описываемых здесь опытов по изучению бинокулярного зрения и стереоэффекта вы можете применять стереоскоп.

Впечатляющий стереоэффект получается в случае фигур, показанных на рис. 29.2: как будто смотришь в длинный туннель.





Стереопары можно рассматривать и через отверстие с нитью, как в опыте 28, но лучше отверстие сделать круглым. Такое приспособление удобнее карандаша: вам не мешают посторонние фигуры.

Самостоятельно нарисуйте различные стереопары, меняйте их форму и цвет. Используйте квадраты, треугольники, линии — что угодно, только помните, что некоторые контуры парных фигур надо сделать немного асимметричными относительно центра. Вы получите много интересных стереоэффектов и с простыми и со сложными узорами. Пусть поработает ваше воображение.

Экспонат для выставки

Если у вас есть два проектора и поляроидная пленка или пластинки-поляроиды, вы сможете показать стереоэффект на экране или на стене. Каждую фигуру проецируйте через поляроид, ориентированный по-своему: наблюдатели смотрят через поляроидные очки, в которых каждая пластинка ориентирована так, что правый глаз видит только левую картинку, а левый глаз — правую.

↑ ОПЫТ 30. ВОСПРИЯТИЕ ГЛУБИНЫ

Оборудование: самодельный стержневой глубинно-глазомерный прибор

Восприятие глубины можно исследовать с помощью стержневого прибора, показанного на рис. 30.1.





Один вертикальный стержень закрепляется посередине между передней и задней стенками установки. Основание второго стержня скользит по направляющим, так что этот стержень можно перемещать к передней или задней стенке, натягивая левой или правой рукой соответствующий конец шпагата, пропущенный через основание подвижного стержня и блок, укрепленный у задней стенки. Через прямоугольное отверстие в передней стенке наблюдатель видит только среднюю часть обоих стержней — черные стержни на фоне белой задней стенки. Вдоль направляющих укреплена линейка с делениями.

Наблюдатель усаживается на расстоянии не менее 3,5 метра от неподвижного стержня. Экспериментатор, прикрыв окошко в передней стенке, смещает подвижный стержень, затем открывает окошко и предлагает наблюдателю установить второй стержень точно вровень с первым. Повторите опыт не менее пяти раз, после чего выведите оценку — среднее отклонение от нулевой ошибки.

Установка очень похожа на современные аппараты для исследования глубинного зрения, но все же не следует рассматривать ваши результаты как абсолютные показатели хорошего или, наоборот, плохого глубинного зрения. Попробуйте провести этот опыт, глядя одним глазом и двумя. Сравните результаты. При этом сначала держите голову совершенно неподвижной, а затем повторите моно- и бинокулярные наблюдения, слегка покачивая головой. Сравните результаты. Выводы, которые вы получите, интересны даже с научной точки зрения.

Экспонат для выставки

На вашем приборе вы можете демонстрировать всем желающим восприятие глубины. Составьте список основных факторов, важных для восприятия глубины: размер изображения, тени, геометрическая перспектива, посторонние предметы, видимый размер, атмосферная дымка.

Продолжение в следующей статье: Опыты ? Часть 7

----

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