h12z

Fysisk institutt og ILSSS, UiO, Andersen og Øgrim, 1999
Fysikkforsøk for videregående skoler
H12 er ikke videofilmet.

Del H: Lys med video

H12 3D med slumppunkter

Stikkord:
3D - tredimensjonal
Utstyr:
Stereoskopbilder
Stereoskop
Slumppunktbilder
Ting langt borte lager mindre bilder på netthinna enn ting nær ved. Vi ser flere detaljer i nære ting enn i fjerne ting. Vi har to øyne som ser litt forskjellige bilder. Vinkelen mellom synsretningene fra hvert øye til det vi ser på varierer med avstanden. Synsretningene er praktisk talt parallelle for ting langt borte, og så vokser vinkelen etter hvert som vi kommer nærmere. Øyepupillen varierer også litt hvis noe nærmer seg raskt. Dette er fenomener som hjelper oss med å oppfatte dybde i naturen. De fleste av dem virker bare over små avstander, la oss si opp til f eks 30 m.
Man kan også øke dybdevirkningen ved å flytte hode att og fram sidelengs, sånn som ugler gjør. Vi får dybdevirkning i terrenget når man tar opp film fra en bil eller et tog i fart. Bortsett fra den siste effekten, har dessverre de forsøkene vi se på her, bare betydning for dem som ser noenlunde likt med begge øynene.

To bilder blir til ett

I begynnelsen av 1900-åra var det in å bruke stereokameraer; to kameraer plassert ved siden av hverandre som tok bilder samtidig. Man så på bildene med én lupe for høyre øye og én for venstre. Siden kameraene sto lengre fra hverandre enn avstanden mellom øynene våre, fikk vi et overdrevet, flott dybdebilde. Her er et typisk stereobilde av den typen:

Hvis man trener på det, kan man se på sånne bilder og få dybdeopplevelse uten bruk av luper. Man må da få innstilt øynene slik at synsretningene fra øynene møter hverandre et stykke bak de to bildene. Linja mellom bildesentrene må være parallell med linja mellom øyepupillene, ikke hold hodet på skrå.
Når man ikke bruker luper, forutsetter dette at avstanden mellom sentrene i de to bildene er mindre enn avstanden mellom øynene våre.
Er det vanskelig å få til, kan man hjelpe på ved å holde et papirark mellom bildene og øynene, sånn at venstre øye bare kan se venstre bilde, høyre kan bare se høyre bilde.
Ellers går det an å se sånn at synsretningene krysser hverandre mellom øynene og bildene. Da får man "omvendt" dybdevirkning.
En må ikke holde hodet på skakke. Det er om å gjøre at linja mellom øynene er parallell med linja mellom bildesentrene.

Fyrstikkforsøket

Hold to fyrstikker, en i hver hand, i leseavstand foran øynene og med satsen opp. Vi langsynte bør bruke lesebriller.

Fyrstikkene skal være parallelle og loddrette, og det skal være omtrent 10 cm mellom dem.

Se med høyre øye mot høyre stikke, venstre mot venstre stikke. Før dem langsomt nærmere hverandre til du ser 3 fyrstikker.
Du ser 2 stikker med hvert øye, men du fører dem altså mot hverandre til de midterste smelter sammen til ett bilde. Her er det nok hjernen som tolker resultatet, for på netthinnene må det vel være fire bilder hele tida.

Se på det bildet du har nå, en liten stund. Før så fyrstikkene ørlite nærmere og så ørlite lenger fra hverandre, kanskje en millimeter. Det vi da oppfatter, er at når fyrstikkene fjerner seg fra hverandre, rykker det midtre bilde lenger vekk. Når de nærmer seg hverandre, kommer det midterste bildet nærmere oss.
Når fyrstikkene nærmer seg til hverandre, blir vinkelen mellom synsretningene fra øynene større.
Et punkt nær oss ser vi med stor vinkel mellom de to synsretningene. For et punkt fjernt fra oss blir denne vinkelen praktisk talt null.
Liten vinkel Û langt unna
Stor vinkel Û nær ved.
Det går an å la synsretningene krysse hverandre mellom øynene og fyrstikkene. Hvis du får til det, vil det føre til en omvendt avstandsfølelse også.

Bokstavkolonner
Den enkle figuren som kommer her, kan du også se på sånn som på fyrstikkene.
Når vi får til dybdesynet, ser vi tre bokstavkolonner istedenfor de to som virkelig står der.
Hvis det er vanskelig å få det til, kan du holde et A4 ark mellom A-ene og deg, sånn at høyre øye bare ser den høyre kolonnen, osv. Da smelter som regel de to kolonnene sammen til en kolonne med dybde.
obs: Hvis vi beveger hodet sidelengs, går de bokstavene som tilsynelatende er lengst vekk i motsatt retning. Sånn er det ikke i naturen.

D D

C C

B .B

A A

I figuren nedenfor kan vi få til fem kolonner istedenfor fire. Det er kanskje vanskeligere enn med den med bare to kolonner. De ytterste kolonnene har ikke dybde.

Dybde i ett bilde

Nå kommer vi til mer forseggjorte bilder, og her nytter det ikke med noe papirark mellom heller. Her må man bare sitte og stirre på bildet helt til man greier å la synsretningene krysse hverandre et passende stykke bak det vi ser på. Forsøk å begynne med kort avstand til skjermen. Kanskje går det bedre om man trykker ut bildet og ser på det.

De bildene vi har her, er bare vannrett tredimensjonale. Når man ser på dem, må man holde hode rett sånn at linja mellom øynene er parallell med bildets horisontalretning. Bare en liten dreining kan gjøre at dybden forsvinner.

Vi skal få virkelig stor, helt overbevisende dybde i bildet.

Vitsen er nok at hjernen smelter sammen gravsteiner fra venstre netthinne med andre gravsteiner fra høyre netthinne, og tilsvarende sammensmeltninger over hele bildet. Resultatet er nesten parallelle synsretninger til punkter vi oppfatter som langt vekk og omvendt. (Også her er det mulig å få synsretningene til å krysse hverandre mellom øynene våre og det vi ser på. Det er kanskje ikke så lett med dette bildet, men hvis vi får det til, får vi et omvendt perspektiv.)

Det neste bildet er enda mer forseggjort. Her vet vi ikke engang på forhånd hva vi skal se. Bildet er likevel så klart at vi oppfatter det står Einstein noen steder, og det er kanskje slik at hjernen syns den kjenner igjen noe når noen av disse Einsteinene smelter sammen med andre.

I hvert fall må synsretningene samles et passende sted bak bildet, og da ser vi at det står E = m c²; tilsynelatende nærmere oss enn resten av bildet. Her er det forholdsvis lett å oppfatte det omvendt også, altså slik at uttrykket E = m c²; ligger lenger vekk enn resten av bildet. Hvis bildet blir for stort, får man det ikke til. Etter vår erfaring er 15 cm en passende bildebredde.

Her syns vi det er opplagt at dette ikke kan foregå i øynene, men må være noe som finner sted i hjernen.

Noen har kalt denne formen for stereoskopiske bilder for slumppunktstereoskopi. Det fins hos bokhandlerne mange bøker med slike bilder, og de kan være langt mer innviklede enn det Einstein-bildet vi har vist. Vi ser ingen umiddelbar systematikk i det hele tatt. Likevel må det være tilstrekkelig mange horisontale gjentakelser i noen få centimeters avstand til at hjernen kjenner igjen noe og lar det smelte sammen til et bilde der noen punkter tilsynelatende er nærmere oss enn andre. .

Gravsteinbildet har vi hentet fra en bok som heter: Magic Eye III, Andrews and McMeel, ISBN 0-8362-7017-7

Einstein bildet kommer fra en annen bok: Another Dimension, 21^st Century Publishing, ISBN 0-9640954-0-8

Laserprikker

En vanlig skolelaser kaster en flekk på en lys vegg eller en skjerm noen meter unna. Vi gjør flekken større ved å la strålen like ved laseren passere gjennom en linse med liten brennvidde, 20 mm eller mindre. Det spiller praktisk talt ingen rolle om det er en samle- eller spredelinse. Det innser du hvis du tegner opp strålegangen.

Når vi har sett på denne konturløse flekken en liten stund og får øynene i hvilestilling, oppdager vi at flekken består av en mengde lysere og mørkere småflekker eller prikker. Vi legger kanskje mest merke til de mørke prikkene.

Nå beveger vi hodet att og fram sidelengs. Prikkene beveger seg i forhold til veggen. Det rare er at det er ikke de samme prikkene vi ser. For noen beveger prikkene seg i motsatt retning av den vi beveger hodet, mens prikkene for andre beveger seg med hodets bevegelsesretning.

Det kan altså ikke være de samme prikkene vi ser. Vi ser alle våre egne lyse og mørke flekker.

Før vi går inn på hvorfor, skal vi ta et annet forsøk som ikke har noe med lasere å gjøre i det hele tatt.

Se mot en vegg noen meter unna og hold en finger et par desimeter foran øynene. Hvis du så leer hodet att og fram sidelengs, beveger fingeren seg i motsatt retning av hodebevegelsen. Du betrakter uten videre veggen som stillestående, altså er det fingeren som rører seg.

Se så ut gjennom vinduet, på et tre f eks. Beveg hodet att og fram, og treet beveger seg med hoderetningen i forhold til vinduet, som vi "vet" står fast. Det som er langt borte, beveger seg med hodebevegelsen, det som er nær ved, går mot hoderetningen.

Så tilbake til laserprikken

Vi vet av erfaring at for personer som er overlangsynte, går laserprikkene med hodebevegelsen, for nærsynte mot. Svært nærsynte mennesker påstår ofte at de ikke ser noe når de ikke bruker briller, men laserprikkene ser de.

For folk som bruker lesebriller, går prikkene alltid mot. Lån lesebriller av noen hvis du ikke har selv.

Av dette slutter vi at de prikkene vi ser, ligger i rommet der øynene ser skarpt når de er i hvilestilling. Vi har prøvd med lesebriller og har plassert f eks en blyantspiss i vanlig leseavstand og i synsretningen mot laserflekken. Etter en del prøving får vi plassert spissen slik at den og laserprikkene ikke flytter seg i forhold til hverandre når vi rugger på hodet. Prikkene ligger altså i leseavstand når vi bruker lesebriller. Da regner vi med at øynene er skarpstilt på denne avstanden.

Laserlyset er koherent. Lyset blir reflektert fra et stort antall punkter på veggen. I rommet ellers treffer bølgene hverandre og fordi lyset er koherent, interfererer bølgene konstruktivt eller destruktivt eller noe i mellom, avhengig av forskjellene i veilengder. Fordelt utover i rommet får vi derfor lysere og mørkere områder.

Våre øyne blir også truffet av bølger med retninger som om de kommer fra et punkt bak skjermen med laserflekken. Det er slike punkter de overlangsynte skarpstiller på.

Neste forsøk	Tilbake til innholdsfortegnelser
	Del-H	3. avdeling	Indeks

	Fyrstikkforsøket
	Hold to fyrstikker, en i hver hand, i leseavstand foran øynene og med satsen opp. Vi langsynte bør bruke lesebriller.
	Fyrstikkene skal være parallelle og loddrette, og det skal være omtrent 10 cm mellom dem.
	Se med høyre øye mot høyre stikke, venstre mot venstre stikke. Før dem langsomt nærmere hverandre til du ser 3 fyrstikker. Du ser 2 stikker med hvert øye, men du fører dem altså mot hverandre til de midterste smelter sammen til ett bilde. Her er det nok hjernen som tolker resultatet, for på netthinnene må det vel være fire bilder hele tida.
	Se på det bildet du har nå, en liten stund. Før så fyrstikkene ørlite nærmere og så ørlite lenger fra hverandre, kanskje en millimeter. Det vi da oppfatter, er at når fyrstikkene fjerner seg fra hverandre, rykker det midtre bilde lenger vekk. Når de nærmer seg hverandre, kommer det midterste bildet nærmere oss. Når fyrstikkene nærmer seg til hverandre, blir vinkelen mellom synsretningene fra øynene større. Et punkt nær oss ser vi med stor vinkel mellom de to synsretningene. For et punkt fjernt fra oss blir denne vinkelen praktisk talt null. Liten vinkel Û langt unna Stor vinkel Û nær ved. Det går an å la synsretningene krysse hverandre mellom øynene og fyrstikkene. Hvis du får til det, vil det føre til en omvendt avstandsfølelse også.