Физические эксперименты и психологические иллюзии
Многие опыты «Физпрактикума» построены так, что для них не требуются сложные приборы и установки. Это не только позволяет любому читателю повторить эксперименты, но и придает им дополнительную эффектность – интересно исследовать нетривиальные физические явления при помощи самых незамысловатых средств. Однако в таких опытах можно встретиться и с трудностями, в частности с ошибками восприятия. Если в серьезной экспериментальной установке регистрирующим элементом служит точный прибор, то в опытах «физпрактикума» результат регистрирует сам экспериментатор – его глаза, уши, руки. А «показания» органов чувств человека неоднозначны и зависят от множества побочных факторов, начиная с условий наблюдения и кончая настроением наблюдателя.
Иллюзий, связанных с человеческими чувствами, известно очень много; даже перечислить их в одной статье было бы трудно. Не все они могут считаться иллюзиями в полном смысле слова, то есть каким-то случайным или подстроенным обманом – иногда это просто особые свойства наших органов чувств, о которых мы не знаем или забываем. Такие иллюзии порой играют значительную роль и в научных исследованиях. Примером тому служит оптический эффект, с которым так или иначе сталкивался каждый, – параллакс.
Параллаксом называют кажущееся относительное смещение объектов, находящихся на разном расстоянии от наблюдателя. Это смещение возникает при движении его глаз. Так, глядя в окно поезда, можно заметить, что ближние деревья уходят назад гораздо быстрей, чем дальние, а самые далекие и вовсе почти не отстают – пейзаж за окном словно поворачивается вокруг точки, в которой взгляд пересекает линию горизонта. Немалое значение имеет другой, более простой случай параллакса – изменение показаний прибора в зависимости от положения глаза; при движении глаза влево стрелка на фоне шкалы сдвигается вправо, и наоборот. Если у вас дома не найдется никакого стрелочного прибора, эксперимент можно поставить с весами в магазине. Когда вашу покупку положат на них, сделайте шаг влево. Показания весов уменьшатся на одно-два деления. Сделайте пару шагов вправо, и показания увеличатся. Вес покупки, оказывается, зависит от вашего положения перед прилавком.
Чтобы избавиться от ошибки параллакса, в точных приборах стрелку делают очень тонкой, а под шкалой располагают зеркальную полоску. При считывании показаний прибора голову нужно держать так, чтобы сама стрелка и ее отражение в зеркале совпадали. Тогда взгляд строго перпендикулярен плоскости шкалы и ошибка исключена. К сожалению, не все ошибки параллакса так легко поддаются исправлению. Скажем, при регистрации быстро-протекающих процессов с помощью некоторых высокоскоростных кинокамер возникают параллактические искажения, связанные с относительным движением пленки и элементов оптической системы. Борьба с такими искажениями – сложная техническая задача.
Еще один пример вредной иллюзии. Поставьте на лист бумаги перевернутый стакан и, обводя карандашом его край, нарисуйте друг за дружкой три дуги: маленькую, с центральным углом около десяти градусов, среднюю, с углом градусов сорок, и большую, градусов сто двадцать. Сравните их кривизну. Даже прекрасно зная, что они начерчены с помощью одного стакана, а значит, радиус их кривизны один и тот же, трудно избавиться от впечатления, будто маленькая дуга имеет минимальную кривизну, а большая – максимальную. Интересно, что с дугами, превышающими половину окружности, иллюзия не возникает; наблюдатель отчетливо видит настоящий диаметр таких больших дуг и замечает, что он одинаков у всех кривых.
Многие знают опыт с двумя мыльными пузырями, которые соединяют между собой одной трубкой. Давление внутри пузыря обратно пропорционально его радиусу, и потому воздух из меньшего пузыря переходит в больший, пока от меньшего не останется лишь небольшой сегмент, имеющий тот же радиус кривизны, что и большой пузырь. Однако если вы проделаете этот опыт сами, вам наверняка покажется, что кривизна уцелевшего пузыря намного больше кривизны маленького кусочка мыльной пленки в противоречие с названным законом. Можете не проверять формулу для давления внутри пузыря: всему виной оптическая иллюзия, описанная в примере с дугами. Эта же иллюзия проявляется и в другой ситуации. Качество поверхности часто контролируют по правильности картины интерференционных полос, возникающей при отражении света, например, по совершенству формы колец Ньютона. Этот простой опыт легко проделать дома, достаточно на плоскую пластинку положить линзу выпуклостью вниз и рассматривать точку касания на темном фоне. Вы увидите концентрические цветные кольца (кольца Ньютона). Складывая две плоские пластинки, можно наблюдать ряды параллельных или расходящихся полос, восьмерки и более сложные картины. Полосы изгибаются тем круче, чем быстрей меняется толщина воздушного зазора между двумя стеклянными поверхностями, то есть чем больше на них неровностей. Но если вы захотите сравнить качество поверхности в разных местах, нужно помнить, что длинная интерференционная полоса может показаться изогнутой сильнее, чем короткая, даже если в действительности это не так.
Немного больше о технологиях >>>
Биотехнология России с точки зрения теории эволюции
Четырнадцатый том озаглавлен так: «Может ли разумный человек, учитывая опыт прошедших
веков, питать хоть малейшую надежду на светлое будущее человечества?»
Прочесть четырнадцатый том недолго. Он состоит всего из одного слова и точки: «Нет.»
К. Воннегут
В Новый год принято ...
Применение световода на уроках физики
Школьник понимает физический опыт только
тогда хорошо, когда он его делает сам. Но еще лучше он понимает его, если сам
делает прибор для эксперимента.
П.Л.Капица
Физический эксперимент... Постановка его на
уроке позволяет учителю не только подробно рассмотреть физические я ...
