Опыты. Часть 7. Стереофеномен Пульфриха

Описание

↑ ОПЫТ 31. СТЕРЕОФЕНОМЕН ПУЛЬФРИХА

Оборудование: белая нить, грузик, кусок темного стекла

Это один из самых интересных опытов. Эффект, который вы будете наблюдать, нельзя назвать ни общеизвестным, ни вполне понятным. Его можно было бы назвать обманом зрения, потому что вы видите «глубину» там, где ее на самом деле нет. Но механизм возникновения этой иллюзии близок к основному механизму нормального стереоэффекта.

Белый грузик, например пуговицу, диаметром около двух сантиметров закрепите на конце белой нити (лески). Пусть экспериментатор раскачивает нить наподобие маятника. Смотреть на грузик лучше всего на фоне гладкой светлой стены. Наблюдатель отходит на расстояние 1 — 1,5 метра от грузика, раскачиваемого экспериментатором плавно, равномерно и обязательно в одной плоскости. Сначала наблюдатель должен убедиться, что качание действительно происходит в одной плоскости. После этого он ставит перед одним глазом темное стекло (или пластинку, вынутую из противосолнечных очков) и смотрит на маятник обоими глазами.





Наблюдайте очень внимательно и вы заметите, что маятник теперь качается не в одной плоскости, а как бы по кругу. Поставьте темное стекло перед, другим-глазом — круговое движение совершается в противоположном направлении. Этот эффект известен как «стереофеномен Пульфриха».

Как можно его объяснить? Дело, по-видимому, в скорости передачи изображений грузика на последовательных отрезках его пути. Считается, что светлое и темное изображения достигают мозга неодновременно (темное позднее), так что в любой данный момент времени происходит слияние различных изображений, поступающих в мозг от правого и левого глаза. Это вызывает появление эффекта глубины, подобного стереоэффекту, с которым мы знакомились в опыте 29.

Экспонат для выставки

Соорудите коробку с качающимся маятником внутри. В передней стенке коробки поставьте съемный темный фильтр для одного глаза.

↑ ОПЫТ 32. КУБ-ПЕРЕВЕРТЫШ

Оборудование: проволочный куб

Из 12 круглых проволочек или палочек сделайте каркас куба, как показано на рис. 32.1.





Эффект будет лучше, если покрасить весь материал в матово-черный цвет. Сделайте сначала две четырехугольные стороны каркаса, а затем скрепите их четырьмя палочками. К одному из углов прикрепите палочку подлиннее — держалку. Все можно сделать на клею и затем укрепить черной ниткой.

Держите куб перед собой так, чтобы дальний угол его (на рис. 32.1 —сплошная стрелка) был виден примерно посередине одной из сторон куба (линия взгляда на рис. 32.1 показана пунктирной стрелкой). Другой глаз закройте.

Смотрите не отрываясь на дальний угол куба. Внезапно вы увидите, как куб «выворачивается наизнанку» так, что дальний угол кажется торчащим впереди, самым близким. При медленном вращении палочки куб «переворачивается» в направлении, противоположном направлению вращения. Подвигайте палочку взад — вперед, и вы увидите, как странно ведет себя куб-перевертыш.

Предварительно потренируйтесь, чтобы научиться видеть все как следует. Лучше проводить опыт на фоне гладкой стены. Если опыт не получается, попробуйте сменить фон, чуть поверните куб, наклоните или слегка деформируйте его. Немного повозившись, вы будете наблюдать эффект совершенно отчетливо. Помните, что он получается, только когда вы смотрите одним глазом.

Этот эффект называют «иллюзия куба фон Хорнбостля». Когда работают оба глаза вместе, они видят глубину так хорошо, что этим кубом их не обманешь, а вот один глаз обязательно ошибется, определяя, которая часть куба ближе. Эта иллюзия — одна из самых интересных.

Экспонат для выставки

Изготовьте такой куб. Это очень любопытный экспонат.

↑ ОПЫТ 33. ВОСПРИЯТИЕ ВИДИМОГО РАЗМЕРА

[banner_centerrs] {banner_centerrs} [/banner_centerrs]

Оборудование: два набора черных квадратов

Изготовьте два совершенно одинаковых набора квадратов из черного картона (или обычного картона, оклеенного с одной стороны черной бумагой): самый маленький —со стороной 12 миллиметров, в каждом последующем сторона удлиняется на 3 миллиметра; всего в наборе 25 квадратов; длина стороны самого большого квадрата (№ 25) 84 миллиметра. Пронумеруйте квадраты только с одной (обратной) стороны. Наблюдатель сидит перед набором, разложенным в порядке убывания номеров. Второй набор находится у экспериментатора (рис. 33.1).





Последний, выбрав произвольно квадрат показывает его наблюдателю с расстояния один метр, держа квадрат за края так, чтобы он был виден на равномерном фоне. Наблюдатель указывает тот квадрат своего набора, который, по его мнению, соответствует показываемому. Наблюдатель не должен знать ни номера показываемого квадрата, ни вообще чего-либо, что может повлиять на его ответ. Отвечать надо точно и быстро.

С расстояния один метр экспериментатор показывает десять квадратов, выбранных произвольно, самых разных размеров. Те же десять квадратов (снова в случайном порядке), показываются испытуемому с расстояний два, четыре и, наконец, восемь метров. Кроме десяти квадратов, показанных в первый раз, надо показать еще несколько, но ответов по ним не учитывать — это делается лишь для того, чтобы испытуемый не запомнил отобранных десяти квадратов.

Результаты записывайте в таблице по типу той, что показана на рис. 33.2.





В левой колонке проставьте номера десяти квадратов, которые вы используете. Каждый раз записывайте номер квадрата, указанного наблюдателем, против номера показанного вами квадрата. После завершения опыта подсчитайте ошибки. Разность между номером предъявленного квадрата и номером квадрата, названного наблюдателем, указывайте со знаком плюс, когда последний больше первого, и со знаком минус, когда выбранный для ответа квадрат меньше показанного.

Подсчитайте общую ошибку для каждого расстояния, а затем для всего опыта: сложите отдельно все плюсовые и минусовые ошибки, подсчитайте разницу между ними и укажите ее со знаком большей итоговой ошибки. Это общий результат опыта.

Если бы видимый размер предмета зависел только от размера его изображения на сетчатке глаза, то с увеличением расстояния до предмета, скажем, в два раза, видимый размер предмета уменьшился бы тоже в два раза, а в нашем опыте с увеличением расстояния от одного до восьми метров видимый размер квадратов должен был бы уменьшиться в восемь раз — наблюдатель называл бы квадраты, соответствующие такому уменьшению. При увеличении расстояния суммарная ошибка всегда имела бы знак минус и возрастала бы по величине.

Если бы видимый размер совершенно не зависел от расстояния, то есть видимый размер не менялся, суммарная ошибка была бы равна нулю. Но в результате опыта вы всегда получите некоторую ошибку наблюдения, иногда — с итоговым знаком плюс.

В действительности восприятие размера находится где-то в промежутке между полным постоянством (константностью, или инвариантностью) и полной зависимостью от величины изображения предмета на сетчатке. Поэтому с увеличением расстояния вы, наверное, получите суммарную ошибку, которая будет все больше стремиться в сторону минуса. Несомненно, что между результатами разных наблюдателей будут и индивидуальные различия. Но также несомненно, что видимый размер предмета уменьшается с его удалением, конечно, не с той скоростью, с какой уменьшается изображение предмета на сетчатке.

↑ ОПЫТ 34. ЗРИТЕЛЬНЫЕ ИЛЛЮЗИИ

Оборудование: рисунки для воспроизведения иллюзий

Тема «зрительные иллюзии» по истине неисчерпаема. Известны тысячи иллюзий; часть из них была разработана с той или иной целью, другая часть стала известна случайно. Конечно, вам как экспериментатору наиболее заманчиво самому придумать новые иллюзии. Есть много возможностей — изменение форм, размеров, расстояний, условий наблюдения. Вы многое сможете сделать, познакомившись с некоторыми давно известными фактами.

Фигуры-перевертыши. Если на одной и той же картине поочередно видны совершенно разные вещи, как на рис. 34.1,





то картина, по-видимому, имеет какое-то отношение к иллюзиям. Почему на рис. 34.1 видна то ваза, то два профиля лица человека? Просто потому, что в обоих случаях это «хорошая» картина: и профили, и ваза суть одинаково понятные формы.

Легко переворачивается и рис. 34.2





(особенно если смотреть то под одним, то под другим углом). Придумайте другие рисунки: коробки, кубики, трубки, пирамиды, которые также будут перевертышами.

Переворачивается ли куб, показанный на рис. 34.3?





Вспомните трехмерный куб-перевертыш. Начертите на белой бумаге четыре — пять кубов. Слегка заштрихуйте одну сторону какого-нибудь из них. Перевертываются они теперь? Заштрихуйте другие стороны, в том числе и внутренние. Можете ли вы сказать что-либо о причинах перевертывания фигур?

Направление линий. Кое-какие из самых распространенных иллюзий, известных на протяжении столетий, показаны на рис. 34.4 — 34.7.

















Фигуры состоят из прямых линий, правильных окружностей и иных правильных форм, которые кажутся искривленными или неправильными из-за того, что их пересекают линии, направленные косо по отношению к основным фигурам.

Придумайте рисунки, на которых получатся иллюзии подобного рода. Не просто копируйте наши рисунки, а изобретайте: меняйте основные фигуры и дополнительные линии (фон), меняйте углы пересечения и наклона линий. Кроме того, вы можете сделать замечательную экспозицию, используя цветные рисунки.

Размер, расстояние, длина. Рис. 34.8 — превосходный пример иллюзии размера.





Вырежьте одинаковые кружки А и Б. Посмотрите, как меняется видимый размер каждого из них, если окружить А маленькими, а Б — большими фигурами.

Линейкой или циркулем проверьте длину линий на рис. 34.9





на верхней и нижней фигурах.

Вырежьте из картона две фигуры, точно соответствующие по форме и величине той, что показана на рис. 34.10.





Раскрасьте их в разные цвета, Положите одну под другой не вплотную, а с некоторым интервалом. Какая кажется больше? Поменяйте их местами. А сейчас какая больше?

Начертите диаграмму по рис. 34.11





размером около 30 сантиметров в длину и около 15 сантиметров в высоту. Вырежьте две одинаковые прямоугольные полоски высотой около 7 сантиметров и поместите одну из них в точке X, а другую в точке У. Которая выше? Поменяйте их местами. Придумайте подобные иллюзии.

Знаете ли вы, что огромная луна вблизи горизонта — тоже иллюзия? На самом деле она такая же, как в те ночи, когда вы видите ее высоко в небе. Это легко доказать, сфотографировав луну в обоих случаях. Но попробуйте убедиться и без фотографии. Когда увидите «огромную» луну над горизонтом, встаньте там, где ничто не будет загораживать луну, а затем прикройте нижнюю часть поля зрения — так, чтобы совсем не видеть земли, а видеть только луну. Уменьшился ли размер луны?

Группировки. Не правда ли, приходится специально пересчитывать точки на рис. 34.12,





чтобы убедиться в том, что их там не десять, как утверждает подпись? Придумайте сами такие обманные группировки.

А фигуру на рис. 34.13





нельзя даже классифицировать. Что это — линии, группировка или еще что-нибудь? Куда идет третья «нога»? Попытайтесь, может быть, вам удастся составить фигуру, которая станет столь же знаменитой, как и эта.

Экспонат для выставки

Подготовьте коллекцию иллюзий, как можно более полную. Придумайте собственные рисунки; в книгах, названия которых приводятся в конце, вы найдете несколько новых интересных мыслей. Такая экспозиция будет полезна для школьных занятий и занимательна для демонстрации широкой аудитории.

↑ ОПЫТ 35. ЭФФЕКТЫ ДВИЖЕНИЯ

Оборудование: стопка писчей бумаги, двойной источник света (проекторы или фонари), спиральный диск

Подвигайте перед собой карандаш. Почему вы видите его движение? Очевидно, потому, что изображение карандаша передвигается по сетчатке, в то время как изображения всех остальных предметов остаются неподвижными. А теперь следите за движением карандаша глазами — вы все равно видите его движение; в этом случае изображение карандаша на сетчатке остается неподвижным, а изображения остальных предметов перемещаются.

Объект, на который направлено внимание, всегда кажется движущимся независимо от того, движется ли на самом деле этот объект или его фон. Связь объекта и фона настолько важна, что на ее основе часто возникают иллюзии.

Когда автомобиль, в котором вы едете, останавливается перед светофором, вам нередко кажется, что вы откатываетесь назад, хотя на самом деле вы стоите неподвижно, а вперед движется соседняя машина.

То, что в данном случае вы бессознательно принимаете за объект, движется, а фон остается неподвижным.

Многие эффекты видимого движения появляются, однако, и в тех случаях, когда все объекты (в том числе и составляющие фон) на самом деле неподвижны. Вы, вероятно, знаете, что в кино, где неподвижные картинки следуют друг за другом, отдельные кадры сливаются в непрерывную и потому «движущуюся» картину.

Фи-феномен. Возьмите стопку бумаги. На самой нижней странице, в правом нижнем ее углу нарисуйте «спичечного» человечка. На каждой следующей странице рисуйте такую же схему, Но продвигайтесь постепенно ближе к левому углу. Быстро пропустите стопку между пальцев — так, чтобы, начиная с нижней страницы, замечать каждый очередной рисунок, пока не упадет последний, верхний лист: вам покажется, что человечек идет.

Замечательный эффект движения можно получить с помощью двух световых пятен. Возьмите два карманных фонаря и подравняйте оба световых пятна по размеру и яркости. (С двумя проекторами опыт получится еще лучше.) Щитки с круглыми отверстиями в центре и лист тонкой бумаги помогут вам добиться удовлетворительного качества световых пятен.

Проектируйте оба пятна на стену так, чтобы диаметр каждого был 5—7 сантиметров. Пусть пятна сначала соприкасаются; впоследствии (если вы все сделали правильно) можно раздвинуть их на 30—50 сантиметров и все же эффект получится. Если теперь вы станете быстро перемещать кусок картона перед фонарями, закрывая попеременно то один фонарь, то другой, вам покажется, что по стене туда-сюда двигается только одно пятно.

Этот эффект называется фи-феноменом. Он объясняется тем, что при достаточно быстрой смене одного изображения другим пространство между ними заполняется в воспринимаемом зрительном образе. Потому и видно непрерывное движение фигур на киноэкране.

Последействие движения. Подготовьте диск с черно-белой спиралью, как на рис. 35.1.





Насадите его на ось колеса, которое вы будете вращать. Очень удобен обычный проигрыватель со скоростью вращения 78 оборотов в минуту. Смотрите сверху на диск, насаженный на ось вместо пластинки. Иллюзии не будет, если скорость вращения слишком велика.

Смотрите неподвижно в центр вращающегося диска. Примерно через полминуты переведите взгляд на предмет, висящий на стене, или на лицо вашего товарища, или любой другой объект. Что происходит? Теперь перемените направление вращения диска так, чтобы казалось, будто он раскручивается изнутри наружу. Любой предмет, на который вы затем посмотрите, уменьшается в размере. Так ли? Повторите опыт, если эффект не получится с первою раза.

Такой же эффект можно увидеть, если сначала неподвижно смотреть на падающую стенку воды (например, водопад), а затем перевести взгляд на землю. Поэкспериментируйте, если представится такая возможность. Удовлетворительного научного объяснения последействия движения не существует.

Экспонат для выставки

Последействие движения — в высшей степени демонстративный феномен. Изготовив диск, показанный, например, на рис. 35.2,





вы можете чрезвычайно наглядно показать аудитории этот эффект.

Продолжение в следующей статье: Опыты ? Часть 8

----

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