Законы геометрической оптики и оптические иллюзии

Автор: Потапенко Павел Сергеевич

Организация: МБОУ СОШ №2

Населенный пункт: г.Куйбышев

Геометрическая оптика — раздел физики, изучающий распространение света в прозрачных средах на основе представления о световых лучах (линиях, вдоль которых переносится световая энергия). В основе этой теории лежат четыре фундаментальных закона, которые описывают отражение, преломление и прямолинейное распространение света.

1. Закон прямолинейного распространения света

Формулировка: в однородной прозрачной среде свет распространяется прямолинейно.

Применение:

1. 1.Объяснение образования теней и полутеней.
2. 2.Построение изображений в оптических приборах (например, камера-обскура).

Ограничение: не работает вблизи препятствий соизмеримых с длиной волны света (наблюдается дифракция).

2. Закон отражения света

Формулировка: падающий луч, отражённый луч и нормаль к поверхности в точке падения лежат в одной плоскости. Угол падения (α) равен углу отражения (γ).

Применение:

1. 1.Работа зеркал (плоских и криволинейных).
2. 2.Построение изображений в перископах, телескопах-рефлекторах.

Важно: зеркальное отражение (гладкие поверхности) vs. диффузное (шероховатые).

3. Закон преломления света (Закон Снеллиуса)

Формулировка: падающий луч, преломлённый луч и нормаль к границе раздела сред лежат в одной плоскости. Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления равно отношению скоростей света в двух средах и называется относительным показателем преломления.

Применение:

1. 1.Линзы, призмы, оптические волокна.
2. 2.Миражи, радуга.

4. Закон обратимости световых лучей

Формулировка ход светового луча не зависит от его направления. Если луч пустить в обратную сторону, он повторит свой путь.

Пример: луч, преломлённый на границе воздух–стекло, при обратном ходе преломится под тем же углом, что и при прямом.

5. Принцип Ферма: свет распространяется по пути, которому соответствует минимальное (или экстремальное) время движения.

Следствия:

1. 1.Объясняет все законы геометрической оптики.
2. 2.Используется для расчёта сложных траекторий в неоднородных средах.

Оптические иллюзии — это изображения или объекты, которые воспринимаются нашим мозгом иначе, чем они существуют в реальности. Они возникают из-за особенностей работы зрительной системы и мозга, который пытается интерпретировать окружающий мир на основе прошлого опыта, ожиданий и физиологических ограничений.

Типы оптических иллюзий

1. Иллюзии, связанные с восприятием цвета и света

1. a)Эффект тени: один и тот же цвет может казаться разным в зависимости от фона (например, знаменитая иллюзия «шахматная доска Адельсона»).
2. b)Последовательные образы: если долго смотреть на яркий цвет, а потом перевести взгляд на белый фон, можно увидеть его «негатив» (например, после зеленого — розовый).

1. Геометрические иллюзии

1. a)Иллюзия Мюллера-Лайера: две линии одинаковой длины кажутся разными из-за стрелок на концах.
2. b)Иллюзия Понцо: параллельные линии выглядят разными по длине из-за фона, создающего перспективу.
3. c)Невозможные фигуры (например, треугольник Пенроуза или бесконечная лестница Эшера) — объекты, которые не могут существовать в 3D-пространстве.

1. 3.Движущиеся иллюзии: некоторые статичные изображения кажутся движущимися из-за контраста и расположения элементов (например, «вращающиеся круги» или «волны» в узорах).
2. 4.Иллюзии, связанные с восприятием глубины: автостереограммы (3D-картинки) — плоские изображения, которые при правильном взгляде кажутся объемными.
3. 5.Иллюзия «ваза Рубина»: можно увидеть либо вазу, либо два профиля лица.
4. Когнитивные (обман мозга)

1. a)Иллюзия «ложная память»: например, известная фотография «Лунная женщина», где тени и свет создают лицо на поверхности Луны.
2. b)Эффект Мак-Гурка: когда звук одного слога сочетается с видеозаписью другого, мозг «слышит» несуществующий звук.

Почему мы видим иллюзии?

Мозг постоянно интерпретирует информацию от глаз, используя прошлый опыт и «предположения». Иногда эти механизмы дают сбой, и мы видим то, чего нет.

Зачем изучать оптические иллюзии?

1. a.Помогают понять работу мозга и зрения.
2. b.Используются в искусстве, дизайне и даже в камуфляже.
3. c.Просто забавны и удивляют!

Примеры известных иллюзий:

1. Платье (сине-черное или бело-золотое?) — спор 2015 года из-за разного восприятия освещения.
2. «Кролик-утка» — картинка, которую можно увидеть и как кролика, и как утку.
3. Иллюзия «падающая башня» — если две одинаковые башни на фото наклонены одинаково, одна кажется падающей сильнее.

Опубликовано: 11.06.2025