Оптическая иллюзия
Непобедимая Кристина, 11б
Научный руководитель – Волкова Я.Ю., учитель физики
При работе над проектом мы поставили перед собой цель: узнать и разобраться как устроен глаз, взглянуть на глаз с точки зрения физики, выделить основные виды и принцип работы зрительных иллюзий, исследовать иллюзию зрительного восприятия и провести свой эксперимент.
Данная тема является актуальной. Сейчас знания об оптических иллюзиях человек применяет во многих сферах жизни. Они целенаправленно используются в архитектуре, в изобразительном искусстве, телевидении, в кинематографии, в цирковом искусстве.
Задачи работы:
1) Собрать информацию об оптических иллюзиях.
2) Изучить оптическую систему глаза.
3) Объяснить возникновение иллюзий с точки зрения геометрии, физики и биологии.
4) Проанализировать основные виды оптических иллюзий.
5) Изучить мираж как одно из оптических явлений.
6) Провести свой эксперимент, объясняющий возникновение миражей.
Чтобы понять, почему возникают оптические иллюзии, нужно разобраться как устроен глаз, и как он строит изображение.
Глаз человека — парный сенсорный орган зрительной системы, который способен воспринимать электромагнитное излучение в световом диапазоне длин волн и обеспечивать функцию зрения. Глазное яблоко имеет шаровидную форму, состоит из трех оболочек: фиброзной, сосудистой и сетчатки.
Зрительный аппарат – это сложная система с вполне определенным пределом функциональных возможностей. В нее входят два глаза, нервные клетки, по которым сигнал передается от глаз к мозгу, и часть мозга, отвечающая за восприятие человеком рассматриваемого изображения. Оба глаза человека работают как согласованная система, потому что формируют единый зрительный образ видимого предмета.
Таким образом, мы выяснили, что человек видит так:
1. Свет проходит через роговицу и зрачок к хрусталику.
2. Затем он проходит через хрусталик и жидкость, заполняющую глазное яблоко, и попадает на сетчатку.
3. Сетчатка принимает световой импульс и передает его зрительному нерву.
4. Зрительный нерв посылает сигнал мозгу.
5. Мозг обрабатывает сигнал.
В связи с этим можно выделить три основные причины иллюзии:
1) Наши глаза воспринимают идущий от предмета свет так, что мозг принимает ошибочную информацию.
2) При нарушении передачи информационных сигналов по нервам происходят сбои, что опять же приводит к ошибочному восприятию.
3) Мозг не всегда правильно реагирует на сигналы, приходящие от глаз.
Оптическая иллюзия, также зрительная иллюзия — ошибка в зрительном восприятии человека. Она вызвана неточностью или неадекватностью процессов неосознаваемой коррекции зрительного образа, а также физическими причинами.
Когда наш глаз получает картинку, включается огромное количество процессов в нашем организме. Начинается анализ расположения основных углов и граней, структуры цвета, позиции источника света. И во многих случаях этот анализ неосознанно получается неточен из-за того, что происходит коррекция зрительных образов. Наше восприятие зависит от фокусировки, угла зрения, освещения, игры цвета, объема картинки и теней.
Все оптические иллюзии в зависимости от происхождения можно разделить на 3 вида:
· Естественные (созданные природой) - другим словом мираж.
· Искусственные (придуманные человеком). Этот вид часто используются фокусниками - иллюзионистами.
· Смешанные (естественные иллюзии, которые создал человек) - это и модель миража, и иллюзионные картинки.
Вы видите классификацию, которая разделяет все виды оптических обманных восприятий по разным признакам.
Рассмотрим более подробно некоторые виды смешанных иллюзий.
Искривляющие иллюзии.
Такая иллюзия может быть создана с помощью перспективы. Рассмотрим иллюзию Геринга. Две горизонтальные линии на рисунке прямые, но они выглядят отклоняющимися друг от друга. Искажения создаются за счет фона, который создает ложное впечатление глубины. Изображение заставляет нас думать, что мы движемся вперед, в точку схода линий в перспективе.
Иллюзия восприятия размера.
Иллюзия восприятия размера создает у человека ощущение того, что одинаковые предметы имеют разные размеры. Рассмотрим изображение, расположенное левее, на котором нам кажется, что правый кружок заметно меньше левого, но на самом деле это не так. Оба кружка по размеру одинаковы. Причиной этого эффекта является то, что левый центральный круг окружен объектами меньшего диаметра, а правый - наоборот.
На рисунке мы видим железнодорожный путь, на которых располагаются одинаковые оранжевые отрезки. Нам кажется, что эти отрезки разной длины. Верхняя линия кажется больше, потому что мы интерпретируем сходящиеся рельсы в соответствии с линейной перспективой.
Иллюзия глубины и объема.
Благодаря некоторым художественным приемам человеку под силу создать на плоскости объемные предметы и располагать их в пространстве. Иллюзия объема возникает за счет изменения пропорций изображений, которые нам кажутся трехмерными.
Иллюзии цвета и контраста.
Представлена «иллюзия тени Адельсона». На этой картинке создается впечатление), что клетка «a» темнее, чем клетка «b». Человеческий глаз видит разные оттенки серого. Все дело в яркости фона, влияющего на ощущение цвета изображения.
На примере этой картинки видно, что на черном фоне зеленый цвет воспринимается как более темный, чем тот, который на светлом.
Можно сделать вывод: один и тот же цвет будет восприниматься ярче на темном фоне, и темнее — на светлом фоне.
Иллюзия движения.
Иллюзии движения могут создаваться за счет мелких деталей и контрастных изображений. Такой эффект создается с помощью теней. Дело в том, что человеческий глаз всегда находится в движении. Когда мы фокусируемся на какой-нибудь детали, картинка статична. Когда отводим взгляд, то она начинает двигаться.
Черное сердце «движется» из-за внешнего окружения.
Мираж.
Мираж (от фр. mirage — видимость) — это оптическое явление в атмосфере, которое вызвано преломлением потока света на границе между разными по температуре слоями воздуха. То есть, когда луч меняет направление, переходя из слоя воздуха одной температуры в слой воздуха другой температуры, мы видим мираж.
Миражи делят на нижние, видимые под объектом, верхние, видимые над объектом, и боковые.
Нижний мираж.
В солнечный жаркий день, из-за раскаленного асфальта, плотность воздуха у дороги уменьшается. Лучи света, переходя из более холодного и плотного воздуха, преломляются в нижнем слое воздушной среды прямо над автострадой. Так, например, лучи от светлого неба, двигаясь к земле, отражаются и под определенным углом попадают в поле зрения человека. Так человек видит отражение неба на земле, которое легко можно принять за воду.
Верхний мираж.
К миражам второго класса относят верхние миражи. Верхний мираж возникает, когда слои воздуха около земли гораздо холоднее, чем верхние. Такие условия могут привести к обратному искривлению, когда человек видит объекты выше, чем они расположены.
Боковой мираж.
Отражение идет от вертикальной поверхности, например, от нагретой стены.
Мираж Фата-Моргана.
Фата–Моргана – это оптическое явление в атмосфере, которое состоит из нескольких форм миражей. При этом отдалённые предметы видны многократно и с разнообразными искажениями. Мираж этого класса возникает, когда в нижних слоях атмосферы образуется несколько чередующихся слоев воздуха различной плотности. В результате отражения и преломления лучей реально существующие предметы дают на горизонте или над ним по нескольку искажённых изображений.
В данном опыте мы попытались показать преломление луча лазера через границу водного и солевого раствора.
Ход работы:
1) Налили в стеклянный аквариум пресную воду;
2) Приготовили раствор соли (350 г на 1 л воды);
3) С помощью сифона перелили раствор в аквариум, и тем самым получили жидкость разной плотности с довольно четкой границей перехода. Слой пресной воды был расположен сверху, а слой раствора соли - внизу, на дне аквариума.
4) Теперь сквозь эту среду мы пропустили лазерный луч.
Мы пускали луч под разным углом. Мы заметили, что если его пропустить вдоль одного из слоев, то он пройдет как обычно, то есть прямолинейно. Но если его пропустить на границу раздела жидкостей снизу, то он станет искривленным. Также мы можем добиться полного внутреннего отражения.
Вывод:
Мираж – это игра световых лучей.
Получается, что мы видим реально существующий объект, который расположен на расстоянии, вследствие криволинейного распространения света.
Итак, исследование оптических иллюзий подошло к концу. Можно сделать вывод, что иллюзия – это не чудо, а наука. Нам удалось объяснить возникновение иллюзий с точки зрения геометрии, физики и биологии, проанализировать основные виды оптических иллюзий, изучить мираж как одно из оптических явлений и провести свой эксперимент, объясняющий возникновение миражей.
Физика в борьбе
Тагаев Артур, 11а
Научный руководитель – Алексеева И.В., учитель физики
На уроках физики мы часто рассматриваем физические явления и законы, в основном связанные с неживой природой, а о живой говорим мало. Но живая природа тоже уникальна, и здесь действуют все законы физики. А что уж говорить о самом человеке? Он – часть природы. В нем самом и в его действиях много физических явлений.
Изучаемая тема актуальна по причине того, что в курсе физики, изучаемом в современной школе, практически не уделяется внимания на физические параметры, характеризующие человека. Однако в связи с изучением вопросов психологии в школе, моделировании процессов, происходящих в живых организмах, в технике, развитием такой науки как бионика у учащихся всё чаще проявляется повышенный интерес к изучению физики человека.
Цель проекта: доказать применимость законов физики в борьбе.
Задачи:
1. Способствовать формированию познавательного интереса к физике, развитию творческих способностей у учащихся.
2. Развивать познавательную активность и самостоятельность, стремление к саморазвитию и самосовершенствованию.
3. Выявление собственных параметров, необходимых в борьбе (реакция, работа и мощность).
4. Познакомиться с греко-римской борьбой.
Гипотеза: знание законов физики и умение их применения может улучшить технику и силу приемов спортсмена
Объект изучения: физика тела человека в греко-римской борьбе.
Предмет: организм человека.
Практическая значимость работы заключается в том, что знание личных физических характеристик имеет значение для определения резерва физического здоровья человека. Также не менее важно знать, какие физические законы объясняют процессы, протекающие в организме.
В первой (теоретической) главе проекта рассмотрены история греко-римской борьбы, основные этапы становления в мировом спорте, изучены техники борьбы и физические аспекты необходимые для проведения схватки.
Борьба — древнейший вид атлетики, включенный в программу Олимпийских игр Древней Греции с 708 до н. э. В борьбе с ее приемами происходит развитие скорости реакции и стремительности движений, а это качества, которые, как утверждают ученые, присущи только молодым.
Международной федерацией борьбы величайшим борцом греко-римского стиля XX века был признан российский спортсмен Александр Карелин, являющийся 3-кратным олимпийским чемпионом, 9-кратным чемпионом мира, 12-кратным чемпионом Европы и 13-кратным чемпионом СССР и России.
Одним из основных разделов физики является механика, которая изучает положение тел в пространстве в любой момент времени и их взаимодействие. Все двигательные действия в видах спортивной борьбы тоже могут быть описаны кинематическими характеристиками и динамическими параметрами.
Кинематические составляющие движений:
1. Пространственные: координаты точек, системы двух тел, траектории точек.
2. Временные: момент времени, длительность движения, темп движения.
3. Пространственно-временные: скорость, перемещения, ускорение точек тела.
Основная задача в спортивной борьбе - переведение тела сопротивляющегося противника из какого-либо начального в заданное правилами конечное положение, то первоосновой при организации целенаправленного движения является формирование модели потребного будущего (Н. А. Бернштейн, 1991).
Динамические составляющие движений:
1. Инерционные: масса тела (масса тела момент инерции).
2. Силовые: в динамике (сила, момент силы, импульс силы), в статике (критерии равновесия расположение ОЦМ площадь опоры угол устойчивости)
3. Энергетические: работа, мощность (механическая энергия тела, кинетическая энергия тела, потенциальная энергия тела).
В любом виде борьбы для успешного проведения приёма спортсмену необходимо вывести противника из состояния равновесия. Поэтому мы хотим подробнее рассмотреть равновесие тел как одну из составляющих борьбы.
Принимая различные положения, борцы, как правило, должны заботиться о сохранении или изменении равновесия своего тела и тела соперника. Существуют три вида равновесия тела: устойчивое, неустойчивое и безразличное. Во время схватки соперники почти никогда не находятся в положении безразличного равновесия, довольно редко – в устойчивом, чаще всего - в неустойчивом.
Какое бы двигательное действие ни совершал человек, он должен придать своему телу определённое положение в пространстве. Сохранение неподвижного положения тела и отдельных его частей осуществляется благодаря статическому напряжению мышц.
Борец меняет положение тела с тем, чтобы повысить свою устойчивость, обеспечить максимальное приложение усилия к противнику. Для этого необходимо знать некоторые закономерности, связанные с расположением стоп и плечевой оси борца.
Однако не только расположением ОЦМ (общего центра масс) определяется степень устойчивости тела борца. Не менее важным критерием устойчивости является величина площади опоры тела. Степень устойчивости тела прямо пропорциональна площади его опоры. Следовательно, борец должен стремиться к увеличению площади опоры (до определенной степени) и снижению высоты расположения над ней ОЦМ.
Безусловно, для успешного проведения схватки также имеет огромное значение фактор психологической готовности и физиологическое состояние борца.
Для определения «технических характеристик» и возможностей человека проделаем ряд исследований и практических работ.
2.1 Расчёт работы и мощности мышц.
Цель работы: определить значения развиваемой человеком мощности в разных физических упражнениях.
Приборы и принадлежности: секундомер, деревянный метр.
Последовательность выполнения работы.
1) Измерьте массу своего тела m (кг) с помощью весов. В нашем случае m = 67 кг.
2) В спортивном зале поднимитесь по канату без помощи ног, измерьте время подъема t (с). В нашем случае t = 6 c.
3) Зная высоту h (м), на которую вы поднялись, рассчитайте работу своих рук A (Дж) при подъеме по формуле:
A = mgh
В спортивном зале МБОУ СОШ №20 канат длинной 3 м, следовательно можно подняться на высоту h = 3 м.
Расчёт механической работы: A = 67 кг *10 Н/кг * 3м = 2010 Дж.
4) Вычислив значение для механической работы рассчитайте мощность N (Вт) своих рук:
Расчёт мощности: 
2.2. Определение времени реакции человека.
Цель работы: определить важную характеристику организма человека – время его реакции.
Приборы и принадлежности: деревянный метр.
Последовательность выполнения работы:
1) Один из участников опыта прижимает вертикально расположенный деревянный метр к стене так, чтобы середина метра находилась на уровне отметки на стене.
2) Затем, отвлекая внимание стоящего рядом партнера, отпускает метр в свободное падение. Второй участник должен остановить падение метра, прижав его к стене, так быстро, как сможет.
3) Отметив новое положение середины метра, измеряют длину его пролет l (м) по расстоянию между метками.
4) Вычислите время реакции t (с) по формуле:
Расчет: при проведении эксперимента длина свободного пролета линейки l =76 см=0,76м. Приняв значение ускорения свободного падения g =9.81м/с2 получаем:
2.3. Расчёт коэффициента устойчивости
Отношение М уст. к М опр. называется коэффициентом устойчивости (К):
К = 
В свою очередь момент устойчивости может быть рассчитан следующим образом:
M уст. = m*g*l
Ø если К > 1 тело сохраняет равновесие;
Ø если К = 1 оно принимает крайнее положение;
Ø если К < 1, тело теряет равновесие.
M опр. = m*l
Исходя из результатов работы над данным проектом все поставленные задачи выполнены и цель достигнута. Можно сделать вывод о том, что знание и применение законов физики в греко-римской борьбе сильно облегчат исполнение приёмов и повысят их эффективность. Изучая данную тему, мы поняли, что всё процессы в нашем теле можно описать и объяснить с точки зрения физики.
Итак, подводя итог всему вышеизложенному, опираясь на проведенные учебные схватки и выполнение расчёты, мы пришли к выводу, что при равных физических данных и одинаковых знаниях законов физики преимущество в схватке будет за невысоким коренастым спортсменом с большим размером ноги, так как его площадь опоры больше, а ОЦТ находится ниже над уровнем татами.
Экология питания
Тимурзиева Хава, 11а
Научный руководитель – Целихова Т.Ф., учитель биологии
В школьном возрасте у детей могут быть проблемы с пищеварением, вызванные различными причинами: переутомления, стрессы во время учебы, неправильный режим. Чтобы избежать развития различных заболеваний необходимо качественно выстроить процесс организации питания в школах. Школьникам необходимо правильное, сбалансированное, полноценное питание.
Мы решили выяснить качество, энергетическую ценность употребляемых обучающимися нашей школы продуктов питания и показать значение правильного питания для сохранения здоровья.
Гипотеза - правильное питание должно быть и сохраняться разнообразным и сбалансированным.
Предмет исследования - все продукты питания, которые употребляют школьники в течение дня.
Задачи:
1. В нашей школе провести социологический опрос среди обучающихся с целью выяснения, как они организовывают свое питание в течение дня.
2. Изучить недельное меню школьной столовой, выяснить какова сбалансированность меню по содержанию в них основных питательных веществ.
3. Также провести исследование качества продуктов, используемых в нашей школьной столовой.
4. Выявить нормы физиологических потребностей в пищевых веществах и энергии для школьников.
Проблемы в питании школьников:
• пропуск полноценных приемов пищи (отказ от завтрака);
• замена полноценных приемов пищи едой всухомятку;
• употребление газированных напитков (суррогатные напитки), чипсов;
• соблюдение различных диет.
Всё это является причинами различных заболеваний школьников. Пища детей должна быть богата витаминами и минералами.
Что такое здоровое питание?
Это:
- разнообразие продуктов;
- сбалансированный рацион;
- вкусно;
- недорого;
- полезно для всех.
Ученые исследовали множество пищевых продуктов, отыскивая в них витамины. Обнаружено много витаминов в свежей зелени, овощей, помидорах, черной смородине, землянике, крыжовнике. Высушенные плоды шиповника в 30 богаче витамином С, чем плоды апельсина. В плодах рябины витаминов Л и С больше, чем в лимонах. В жире тресковой печени много витаминов А и D, а витамина С - в красном перце, капусте, шпинате, щавеле, красной моркови, помидорах. Богат ими картофель, особенно осенью.
Мы провели опрос и узнали, кто чем питается. Большинство людей питаются здоровой пищей. А остальная масса людей питаются едой и напитками с высоким содержанием жиров и сахара.
Анализ анкет:
Преобладающее число участников анкетирования оценивают работу школьной столовой на «хорошо» и «отлично»;
- в беседе ученики отмечали то, что еда в столовой и в буфете всегда свежая и диетическая;
- ассортимент блюд в столовой и в буфете достаточно разнообразен;
- ученики получают горячее питание.
Анкета показала, что завтраки и обеды получают 70% учащихся (11 класс), поэтому исследовали, здоровое ли питание получают учащиеся. Для этого изучили сбалансированность пищевых продуктов по содержанию в них белков, жиров и углеводов; проанализировали школьное меню, рассмотрели энергетическую ценность школьного меню
Что же такое здоровое питание?
Здоровое питание - это не диета, это, если хотите, образ жизни, которому способствуют активный образ жизни и регулярные посещения спортзала. Диетическое питание - минимум жира, калорий, холестерина. Максимум пользы и здоровья, но, как сделать диетическую пищу вкусной?
При спортивном питании все отталкивается от противного, если остальные принципы построены на воздержании и умеренности, то здесь действует принцип повышенной калорийности потребляемой пищи. Если ваша цель нарастить мышцы, то без увеличения рациона и калорий не обойтись. Очень важно обсудить вашу цель с тренером прежде, чем приступать к тренировкам, он поможет определиться с выбором и расписанием тренировок, посоветует специальную спортивную диету.
Если Ваша цель - красивая фигура, здоровое тело и отличное самочувствие, то менять образ жизни нужно уже сейчас, не откладывая на завтра несущие здоровье и красоту перемены.
Почти каждый из нас при выборе еды руководствуется ,в первую очередь, её вкусом и питательностью. Полезность продуктов часто отодвигается на второй план. Часто получается, что самая вкусная еда является самой вредной. По какие же продукты в нашем рационе самые вредные?
Во-первых, это алкоголь. Сами по себе спиртные напитки мешают усваиванию организмом витаминов. К тому же они вредят вашим печени и почкам.
Во-вторых, продукты быстрого приготовления, как правило, содержат множество химических добавок и также вредны организму.
Чтобы быть здоровым нужно:
1. Правильно питаться.
2. Не употреблять алкоголь.
3. Не курить.
4. 3аниматься спортом.
Рекомендации к школьному питанию:
1. Школьный рацион должен состоять из завтрака и обеда и обеспечивать 25% и 35% суточной потребности, поэтому обратить внимание на соблюдение режима питания: завтрак - перед уходом в школу, 2-й завтрак - в школе (в 10-11ч), обед - дома или в школе, полдник, ужин - не позднее чем за 2 часа до сна.
2. Прием пищи в виде молочных каш и вторых блюд перед уходом в школу.
3. Ежедневный прием мясных или рыбных продуктов.
4. Уменьшить потребление жирных продуктов, шоколада, тортов, напитков с химическими красителями.
5. В зимний и весенний период принимать готовые поливитамины.
Таким образом, правильное питание должно быть разнообразным и сбалансированным. В рационе должны присутствовать овощи и фрукты. Для снижения массы тела необходимо ограничивать энергетическую ценность рациона питания для одних и повышать для других (дефицит массы тела). Правильный и систематический прием пищи способствует профилактике работы желудочно-кишечного тракта.
Проектирование дальнейшей работы:
1. Вести пропаганду здорового питания.
2. Выступление перед учащимися начальной школы по теме «Здоровое питание».