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Ilusões associadas às características estruturais do olho. Enciclopédia de Ilusões Visuais

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O sistema óptico do olho não está isento de aberrações esféricas e cromáticas.

A essência da aberração esférica é que o foco dos raios que entram no olho paralelo ao seu eixo e a uma pequena distância dele está mais longe da pupila do que o foco dos raios mais distantes do eixo. As bordas do espaço pupilar refratam a luz com mais força do que o meio. Em parte por esta razão, como afirmado anteriormente, vemos pequenas fontes de luz na forma de estrelas radiantes. É fácil verificar a presença de aberração esférica do olho realizando este experimento.

Se o texto impresso for colocado na frente do olho, mais próximo da distância de melhor visão, quando não for mais possível ver claramente as letras, e então pegar um pedaço de papel com um pequeno furo e colocá-lo na frente do olho, então as letras ficarão novamente claramente visíveis. Se segurarmos um fio preto na frente de uma chama brilhante, ele nos parece rasgado - círculos de luz espalhada na retina cobrem o fio em ambos os lados e o tornam invisível.

Na tentativa de ver melhor um objeto, “apertamos os olhos”, aproximando as pálpebras e, assim, reduzindo o orifício por onde os raios de luz passam para o olho. Como resultado, as bordas da pupila e da lente são “desligadas” da operação, a aberração esférica é reduzida e vemos o objeto com mais clareza e nitidez. Sob luz forte, quando a pupila se contrai, a aberração esférica diminui e vemos melhor.

O olho não é um sistema acromático: o foco dos raios violetas está localizado 0,43 mm mais próximo da lente do que o foco dos raios vermelhos se o olho estiver acomodado ao infinito. Portanto, objetos, principalmente os brancos, iluminados por luz branca, produzem na retina uma imagem cercada por uma borda colorida. Geralmente não percebemos porque é muito fraco. No entanto, pode ser facilmente detectado com a ajuda de experimentos simples, por exemplo, observando a Fig. 5.

Figura 5. Se aproximarmos esse desenho do olho, veremos bordas coloridas perto dos círculos pretos. Isso indica que o olho não está livre de aberração cromática

Observaremos o mesmo efeito se olharmos através de um pequeno buraco em um pedaço de papel na borda do telhado contra o fundo de um céu claro. Levantando o pedaço de papel para que os raios incidam na periferia da pupila, notaremos que o céu próximo ao telhado ficará avermelhado. O que foi dito acima pode ser facilmente explicado se lembrarmos que uma imagem inversa é obtida na retina e que quando os raios incidem na borda da lente, os raios azuis são refratados mais fortemente do que os vermelhos. A aberração cromática do olho cria dificuldades na visualização de escalas ou franjas de interferência, bem como na observação de corpos celestes por meio de instrumentos astronômicos.

Existem casos conhecidos de miopia que ocorre em pessoas apenas ao anoitecer, quando os contornos dos objetos visíveis tornam-se menos nítidos. Se a visibilidade clara dos objetos for limitada a uma distância de 2 m, a miopia resultante corresponderá a 0,5 dioptrias. Durante o dia, o olho tem sensibilidade máxima na parte verde-amarela do espectro, e ao anoitecer a sensibilidade máxima muda para a parte verde-azulada. O olho, como uma lente, refrata os raios azul-esverdeados com mais força do que os amarelos. Consequentemente, a miopia noturna ocorre em pessoas devido à aberração cromática do olho. Além disso, com pouca luz, a pupila do olho dilata e as bordas do cristalino começam a desempenhar um papel importante na formação da imagem na retina. Conseqüentemente, a miopia noturna se deve, até certo ponto, à aberração esférica do olho.

Astigmatismo* do olho. O astigmatismo ocular é um defeito ocular, geralmente causado pelo formato não esférico (tórico) da córnea e, às vezes, pelo formato não esférico das superfícies do cristalino.

* (grego "estigma" - ponto.)

O astigmatismo no olho humano foi descoberto pela primeira vez em 1801 pelo físico inglês T. Young. Na presença desse defeito (aliás, nem todas as pessoas o manifestam de forma nítida), não faz sentido focar os raios que caem paralelos ao olho devido à diferente refração da luz pela córnea em diferentes seções.

Com astigmatismo grave, a pessoa vê claramente, por exemplo, apenas linhas verticais, e vê linhas horizontais borradas, ou vice-versa (Fig. 6). O astigmatismo grave é corrigido por óculos com lentes cilíndricas, que refratam os raios de luz apenas na direção perpendicular ao eixo do cilindro.

Arroz. 6. O olho astigmático vê a figura A como mostrado à direita.

Olhos completamente livres deste defeito são raros nas pessoas, como pode ser facilmente verificado observando as figuras aqui mostradas. 7, 8 e 9.

Arroz. 7. Círculos concêntricos e próximos uns dos outros aparecem interrompidos, não igualmente distantes uns dos outros

Arroz. 8. O mesmo sombreamento (monocromático) dos quadrantes deste círculo não parece igualmente brilhante

Arroz. 9. Certas letras parecem mais escuras dependendo da posição do padrão em relação ao olho

Para testar o astigmatismo dos olhos, os oculistas costumam usar uma tabela especial (Fig. 10), onde doze círculos têm sombreamento de igual espessura em intervalos iguais. Um olho com astigmatismo verá as linhas de um ou mais círculos mais pretas. A direção dessas linhas mais pretas nos permite tirar uma conclusão sobre a natureza do astigmatismo do olho.

Arroz. 10. Figura para determinar o grau e a medida do astigmatismo do olho

Se o astigmatismo for devido ao formato não esférico da superfície da lente, ao passar da visão clara de objetos horizontais para a visualização de objetos verticais, a pessoa deve alterar a acomodação dos olhos.

Na maioria das vezes, a distância de visão clara de objetos verticais é menor que a de objetos horizontais. Isto se deve em parte ao defeito visual da “superestimação das linhas verticais”, que será discutido mais adiante (ver parágrafo 5).

Ponto cego. A presença de um ponto cego na retina do olho foi descoberta pela primeira vez em 1668 pelo famoso físico francês E. Mariotte. Marriott descreve sua experiência na verificação da presença de um ponto cego da seguinte forma: “Coloquei um pequeno círculo de papel branco sobre um fundo escuro, aproximadamente na altura dos olhos, e ao mesmo tempo pedi para segurar outro círculo ao lado do primeiro , à direita, a uma distância de cerca de 9 centímetros, mas um pouco mais abaixo para que sua imagem caísse no nervo óptico do meu olho direito, enquanto eu fechava o olho esquerdo. Fiquei em frente ao primeiro círculo e me afastei gradualmente, mantendo meu olho direito nele. Quando eu estava a 4 metros de distância*, o segundo círculo, que tinha cerca de XNUMX centímetros de tamanho, desapareceu completamente de vista. Não pude atribuir isso à sua posição lateral, pois pude distinguir outros objetos localizados ainda mais longe para o lado do que ele; eu teria pensado que ele havia sido removido se não o tivesse encontrado novamente ao menor movimento dos olhos." É sabido que Marriott divertiu o rei inglês Carlos II e seus cortesãos ensinando-os a se verem sem cabeça.

* (1 pé equivale a 0,3048 m, 1 polegada equivale a 25,4 mm.)

A retina do olho, onde o nervo óptico entra no olho, não possui as terminações das fibras nervosas sensíveis à luz (bastonetes e cones). Consequentemente, as imagens de objetos que caem neste local da retina não são transmitidas ao cérebro.

Você pode verificar a presença de um ponto cego olhando qualquer uma das figuras. 11, 12 e 13. Nessas figuras, o ponto cego do olho direito encontra-se à direita do raio central e do olho esquerdo à esquerda. Nestas condições, no primeiro caso desaparece a parte direita da imagem e, no segundo, a esquerda. Portanto, para o olho direito é necessário definir o padrão de forma que a parte esquerda do padrão fique diretamente oposta ao olho (por exemplo, o círculo central na Fig. 11 e 12 ou a cruz na Fig. 13), e para o olho esquerdo é a parte direita do padrão. Depois, se necessário, retire ou amplie o desenho, ou mova-o aos poucos para o lado até obter um efeito nítido.

Fig. 11

Fig. 12

Arroz. 13. Feche o olho esquerdo e olhe com o direito para a figura representada à esquerda, segurando o desenho a uma distância de 15-20 cm do olho. Em uma determinada posição do desenho em relação ao olho, a imagem da figura correta deixará de ser visível. Arroz. 11 e 13 permitem detectar o ponto cego dos olhos direito e esquerdo

O acadêmico S. I. Vavilov escreveu sobre a estrutura do olho: "Quão simples é a parte óptica do olho, tão complexo é o seu mecanismo perceptivo. Não apenas não sabemos o significado fisiológico dos elementos individuais da retina, mas também não somos capazes dizer quão apropriada é a distribuição espacial das células sensíveis à luz para qual é a necessidade de um ponto cego, etc.

O que temos diante de nós não é um dispositivo físico artificial, mas um órgão vivo, no qual as vantagens se misturam com as desvantagens, mas tudo está inextricavelmente ligado a um todo vivo.”

Um ponto cego, ao que parece, deveria nos impedir de ver o objeto inteiro, mas em condições normais não percebemos isso. Em primeiro lugar, porque as imagens dos objetos que caem no ponto cego de um olho não são projetadas no ponto cego do outro; em segundo lugar, porque as partes que caem dos objetos são involuntariamente preenchidas com imagens de partes vizinhas que estão no campo de visão.

Se, por exemplo, ao examinar linhas horizontais pretas, algumas áreas da imagem dessas linhas na retina de um olho caírem em um ponto cego, então não veremos uma quebra nessas linhas, pois nosso outro olho compensará o deficiências do primeiro. Seções de “linhas retas” que passam pelo ponto cego de qualquer olho serão continuadas pela nossa consciência ao longo do caminho mais curto, mesmo que na realidade as linhas tenham uma quebra ou curva neste local. Assim, por exemplo, se o ponto cego estiver oposto ao “meio da cruz”, “veremos” a cruz mesmo que na realidade os seus quatro ramos não se conectem no meio.

Aqui está outra experiência interessante. Se segurarmos uma folha de papel branco com uma mancha vermelha à nossa frente de forma que essa mancha vermelha não fique visível, por exemplo com o olho direito, ainda veremos a mancha com o olho esquerdo, ou seja, veremos uma folha de papel papel com uma mancha vermelha, o que é verdade. Se você pegar um papel totalmente branco e segurar um vidro vermelho na frente do olho esquerdo, todo o papel parecerá branco-avermelhado, e o local correspondente ao ponto cego do olho direito não será diferente do resto do fundo. Mesmo observando com um olho, nossa mente compensa a deficiência da retina e o desaparecimento de alguns detalhes dos objetos do campo de visão não chega à nossa consciência. O ponto cego é bastante grande (a uma distância de dois metros do observador, até o rosto de uma pessoa pode desaparecer do campo de visão), porém, em condições normais de visão, a mobilidade dos nossos olhos elimina esta “desvantagem” da retina .

Irradiação*. O fenômeno da irradiação é que objetos claros contra um fundo escuro parecem ampliados em comparação com seu tamanho real e parecem capturar parte do fundo escuro. Este fenômeno é conhecido desde tempos muito antigos. Até mesmo Vitrúvio (século I a.C.), um arquiteto e engenheiro da Roma Antiga, apontou em seus escritos que quando a escuridão e a luz são combinadas, “a luz devora as trevas”. Na nossa retina, a luz captura parcialmente o espaço ocupado pela sombra.

* (Em latim - radiação incorreta.)

A explicação inicial para o fenômeno da irradiação foi dada por R. Descartes, que argumentou que o aumento no tamanho dos objetos leves ocorre como resultado da propagação da excitação fisiológica para locais adjacentes à área diretamente irritada da retina.

No entanto, esta explicação está sendo substituída por uma nova e mais rigorosa, formulada por Helmholtz, segundo a qual as seguintes circunstâncias são a causa raiz da irradiação.

Cada ponto luminoso é representado na retina do olho na forma de um pequeno círculo de dispersão devido à imperfeição da lente, acomodação imprecisa, etc. Quando olhamos para uma superfície clara contra um fundo escuro, devido à dispersão da aberração, o os limites desta superfície parecem expandir-se, e a superfície parece-nos maior do que as suas dimensões geométricas reais; parece estender-se pelas bordas do fundo escuro que o rodeia. O efeito da irradiação é mais pronunciado quanto pior for a acomodação do olho.

Devido à presença de círculos de dispersão de luz na retina, sob certas condições (por exemplo, fios pretos muito finos), objetos escuros em um fundo claro também podem estar sujeitos a exageros ilusórios - esta é a chamada irradiação negativa.

Existem muitos exemplos em que podemos observar o fenômeno da irradiação, não é possível apresentá-los na íntegra aqui. A presença de irradiação é claramente confirmada na Fig. 14-19.

Arroz. 14. Um quadrado branco sobre fundo preto à direita parece maior do que um quadrado preto sobre fundo claro à esquerda.

Arroz. 15. Figuras brancas em fundo preto parecem maiores do que figuras pretas em branco.

Arroz. 16. Uma faixa preta sobre fundo branco (esquerda) parece mais estreita do que uma faixa branca sobre fundo preto

Arroz. 17. O quadrado é riscado por duas largas listras pretas que aparecem comprimidas onde tocam as laterais do quadrado (como mostrado à esquerda)

Arroz. 18. A mira das listras pretas não parece preta, mas cinza. Este efeito só pode ser parcialmente explicado pela irradiação

Arroz. 19. Os fios que se cruzam em ângulos agudos parecem estar quebrados, conforme mostrado na parte inferior da imagem. Se o vento balançar os fios, então a lacuna branca oscilará no ritmo dessas oscilações

O grande artista, cientista e engenheiro italiano Leonardo da Vinci em suas notas diz o seguinte sobre o fenômeno da irradiação:

“Quando o Sol é visível atrás das árvores sem folhas, todos os seus ramos opostos ao corpo solar ficam tão reduzidos que se tornam invisíveis, o mesmo acontecerá com a haste colocada entre o olho e o corpo solar. uma atadura branca na cabeça, e esta última parecia duas vezes maior que a largura dos ombros da mulher, que estava vestida de preto. Se de grande distância se examinam as ameias das fortalezas, separadas umas das outras por intervalos iguais ao largura dessas ameias, então os vãos parecem muito maiores que as ameias... ".

O grande poeta alemão Goethe aponta vários casos de observações do fenômeno da irradiação na natureza em seu tratado “A Doutrina das Cores”. Ele escreve sobre esse fenômeno assim:

"Um objeto escuro parece menor que um objeto claro do mesmo tamanho. Se considerarmos simultaneamente um círculo branco sobre um fundo preto e um círculo preto do mesmo diâmetro sobre um fundo branco, então este último nos parece ter cerca de 1/ 5 menores que o primeiro. Se o círculo preto for correspondentemente maior, eles parecerão iguais "O jovem crescente da lua parece pertencer a um círculo de diâmetro maior que o resto da parte escura da lua, que às vezes é visível."

O fenômeno da irradiação durante as observações astronômicas dificulta a observação de finas linhas pretas nos objetos de observação; nesses casos é necessário abrir a lente do telescópio. Os físicos, devido ao fenômeno da irradiação, não veem os finos anéis periféricos do padrão de difração.

As pessoas parecem mais magras com um vestido escuro do que com um vestido claro. Fontes de luz visíveis por trás da borda produzem um recorte aparente nela. A régua, por trás da qual surge a chama da vela, é representada com um entalhe neste local. O sol nascente e poente faz um buraco no horizonte.

Mais alguns exemplos. Um fio preto, se colocado diante de uma chama brilhante, parece quebrar-se neste ponto; o filamento incandescente de uma lâmpada incandescente parece mais grosso do que realmente é; o fio de luz contra um fundo escuro parece mais grosso do que contra um fundo claro As molduras das janelas parecem menores do que realmente são. Uma estátua fundida em bronze parece menor do que uma feita de gesso ou mármore branco.

Os arquitectos da Grécia Antiga tornaram as colunas de canto dos seus edifícios mais espessas do que outras, tendo em conta que estas colunas de muitos pontos de vista seriam visíveis contra o fundo de um céu claro e, devido ao fenómeno da irradiação, pareceriam mais finas.

Estamos sujeitos a uma espécie de ilusão em relação ao tamanho aparente do Sol. Os artistas, via de regra, pintam o Sol como muito grande em comparação com outros objetos representados. Por outro lado, nas fotografias fotográficas de paisagens em que o Sol é retratado, ele nos parece anormalmente pequeno, embora a lente dê uma imagem correta dele.

Observe que o fenômeno da irradiação negativa pode ser observado nos casos em que um fio preto ou fio metálico levemente brilhante parece mais espesso sobre um fundo branco do que sobre um fundo preto ou cinza. Se, por exemplo, uma rendeira quer mostrar sua arte, então é melhor ela fazer renda com fios pretos e espalhar sobre um forro branco. Se observarmos os fios contra um fundo de linhas escuras paralelas, como um telhado de telha ou alvenaria, os fios parecerão mais espessos e quebrados onde cruzam cada uma das linhas escuras. Esses efeitos também são observados quando os fios são sobrepostos no campo de visão em um contorno nítido do edifício.

Provavelmente, o fenômeno da irradiação está associado não apenas às propriedades de aberração do cristalino, mas também à dispersão e refração da luz na mídia do olho (a camada de líquido entre a pálpebra e a córnea, a mídia que preenche a parte anterior câmara e todo o interior do olho). Portanto, as propriedades de irradiação do olho estão obviamente relacionadas ao seu poder de resolução e à percepção radiante de fontes de luz “pontuais” (Fig. 20). A capacidade do olho de superestimar ângulos agudos está associada às propriedades de aberração e, portanto, em parte ao fenômeno da irradiação.

Arroz. 20. As linhas pretas são claramente distinguíveis apenas em algumas direções radiais; em outros, eles se fundem em um fundo cinza. Para perceber a figura inteira, o olho deve fazer movimentos circulares.

Autor: Artamonov I.D.

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