Герман Людвиг Фердинанд фон Гельмгольц (нем. Hermann von Helmholtz; 31 августа 1821, Потсдам - 8 сентября 1894, Шарлоттенбург) - немецкий физик, физиолог и психолог. В Москве именем Гельмгольца назван НИИ Глазных болезней на Садово-Черногрязской улице.
Родился в семье учителя. Изучал медицину в королевском медицинско-хирургическом институте в Берлине. Обязательной для выпускников этого института была восьмилетняя военная служба, которую Гельмгольц начал в 1843 году в Потсдаме, в качестве военного врача. По рекомендации Александра Гумбольдта ему было разрешено преждевременно оставить военную службу и начать преподавать в 1848 году анатомию в берлинской академии. В 1849 году Гельмгольца приглашают в Кёнигсберг, где он получает звание профессора физиологии и патологии. С 1855 он руководит кафедрой анатомии и физиологии в Бонне, с 1858 - кафедрой физиологии в Гейдельберге. В 1870 году он становится членом Прусской академии наук .
С 1871 года получает звание профессора физики и работает в Берлине. В 1888 году Гельмгольц становится первым президентом Физико-Технического имперского ведомства в Шарлоттенбурге.
В своих первых научных работах при изучении процессов брожения и теплообразования в живых организмах Гельмгольц приходит к формулировке закона сохранения энергии. В его книге "О сохранении силы" (1847) он формулирует закон сохранения энергии строже и детальнее, чем Роберт Майер в 1842 году, и тем самым вносит существенный вклад в признание этого оспариваемого тогда закона. Позже Гельмгольц формулирует законы сохранения энергии в химических процессах и вводит в 1881 году понятие свободной энергии - энергии, которую необходимо сообщить телу для приведения его в термодинамическое равновесие с окружающей средой (F = U - TS, где U есть внутренняя энергия, S - энтропия, T - температура).
С 1842 по 1852 занимается изучением роста нервных волокон. Параллельно Гельмгольц активно изучает физиологию зрения и слуха . Также Гельмгольц создает концепцию "бессознательных умозаключений" , согласно которой актуальное восприятие определяется уже имеющимися у индивида "привычными способами" , за счёт чего сохраняется постоянство видимого мира, при этом существенную роль играют мышечные ощущения и движения. Он разрабатывает математическую теорию для объяснения оттенков звука с помощью обертонов.
Гельмгольц способствует признанию теории трёхцветового зрения Томаса Юнга , изобретает в 1850 году офтальмоскоп для изучения глазного дна, в 1851 году - офтальмометр для определения радиуса кривизны глазной роговицы. Сотрудниками и учениками Гельмгольца были В. Вундт, И. М. Сеченов и Д. А. Лачинов .
Установлением законов поведения вихрей для невязких жидкостей Гельмгольц закладывает основы гидродинамики. Математическими исследованиями таких явлений как атмосферные вихри, грозы и глетчеры Гельмгольц закладывает основы научной метеорологии.
Ряд технических изобретений Гельмгольца носит его имя. Катушка Гельмгольца состоит из двух соосных соленоидов, удалённых на расстояние их радиуса и служит для создания открытого однородного магнитного поля. Резонатор Гельмгольца представляет собой полый шар с узким отверстием и служит для анализа акустических сигналов, а также при строительстве низкочастотных звуковых колонок для усиления низких частот или наоборот используется для подавления нежелательных частот в помещениях.
Много работ посвятил Гельмгольц обоснованию всеобщности принципа наименьшего действия.
Дополнения по работе Гельмгольца в области цвета
Герман фон Гельмгольц (1821-1894) был абсолютным мастером естественных наук своего времени. Он ими владел и понимал. Его первым научным достижением в 1847 году в возрасте 26 лет была формулировка принципов сохранения энергии. Гельмгольц также продемонстрирoвал свой великий практический талант - изобрёл офтальмоскоп и теорию звуковой чувствительности (1862) ; также предложил теорию комбинации тонов и анализ тембра музыкальных инструментов, даже углубляясь в сторону теории гармонии.
Его знаменитый "Учебник физиологической оптики" вышел между 1856 и 1867, который стал всемирно признанным спустя 60 лет в английском переводе. В нём Гельмгольц представляет 3 переменных, которые до сих пор используются для характеристики цвета: тон, насыщенность и яркость . Он первым безошибочно продемонстрировал, что цвета, которые видел Ньютон в спектре отличаются от цветов, наложенных на белую основу с помощью пигментов. Спектральные цвета светят более интенсивно и обладают большей насыщенностью. Они смешиваются аддитивно, в то время как пигменты смешиваются субтрактивно. В любом случае, их сочетания происходят по разным правилам.
Исследования Гельмгольца производились по всегда существующей аналогии между глазом и ухом. Три вышеупомянутые характеристики цветовых ощущений были выбраны с целью соответствовать трём параметрам звука: силе, высоте и тембру. Единственная разница между звуковым явлением и цветовосприятием состоит в том, что глаз не может различать компоненты смешанного цвета , в то время как ухо может легко разделять элементы сложного звука. Как сказал сам Гельмгольц в 1857 году: "Глаз не может разделять комбинированные цвета друг от друга; он видит их как неразрешимое, простое ощущение одного смешанного цвета. Поэтому глазу неважно, какие основные цвета скомбинированны в смешанном цвете: простых или сложных условий вибраций. Нет гармонии в том же значении, как с ухом; нет музыки."
Как и Томас Юнг, Гельмгольц отстаивал трёхцветную систему и продемонстрировал, что каждый цвет может быть составлен как смесь трёх базовых цветов - например, красного, зелёного и сине-фиолетового в качестве таких "простых цветов" . В своём учебнике великий физиолог представляет несколько предложений по расположению этих простых, или чистых, цветов - таким образом охватывающих весь спектр. Он также пытался вмешаться - довольно вскользь, но однако живо сформулированно - между Ньютоном и Максвеллом . Для Гельмгольца треугольник Максвелла слишком мал, чтобы разместить насыщенные спектральные цвета, и круг Ньютона не относится точно к трихроматической теории, которая глубоко проникает в суть вопроса.
Гельмгольц первым располагает спектральные цвета на кривой с целью достичь лучшего понимания их смешивания. Он представляет род силового поля цветов - цветовое поле - с белым посредине , соответствующему ньютоновскому гравитационному центру. Гельмгольц заметил, что для того, чтобы получить белый, ему не нужны были равные части фиолетово-синего и жёлтого, например. Таким образом, он расположил свои цвета таким образом, чтобы те дополнительные цвета, которые требовались в большем количестве, имели больший "рычаг".
Круг Ньютона служит основой для второй конструкции Гельмгольца , в которой два треугольника построены после того, как пропущена та часть, которая пересекается с линией между красным (R) и фиолетовым (V). Это усечение возможно без ущерба только потому, что два рассматриваемых цвета обозначают оба конца спектра (в системе CIE мы вновь встретим эту линию в качестве пурпурного). На рисунке мы видим два треугольника, углы которых определены в каждом случае двумя возможными комбинациями базовых цветов, между которыми колебался Томас Юнг в начале 19 века. Треугольник с фиолетовым, красным и зелёным (VRG) углами таким образом содержит все цвета, которые образуются от смешивания фиолетового, красного и зелёного, то же самое относится к треугольнику с углами красного, жёлтого и циана (RYC). Из рисунка, а также из треугольника Максвелла становится очевидным, что не все цвета могут быть записаны таким образом, и что огромная порция цветового круга остаётся удалённой.
Безусловно, во времена Гельмгольца не было сомнений в правильности трихроматической теории, и это укрепляло веру в то, что должен существовать идеальный треугольник, в котором будет место всем цветам спектра. Со своей оставшейся конструкцией Гельмгольц вернулся к той первой кривой простых цветов, которую он начертил в предположении, что количество света в различных цветах может считаться одинаковым тогда, когда при заданной силе света они кажутся глазу одинаково яркими. На основе чистых базовых цветов красного и фиолетового, без дальнейших пояснений, Гельмгольц сдвигает точку, характеризующую наше восприятие чистого зелёного к точке А, чтобы составить треугольник AVR, который сейчас включает все ощущения цвета.
Впоследствии Гельмгольц приходит к выводу, что, по его мнению, чистый красный и чистый фиолетовый цвета спектра не являются простыми ощущениями базового цвета, и по этой причине нижняя линия должна быть смещена до значений V1 и R1. Цвета, которые могут быть прямо достигнуты посредством света, входящего в нормальный глаз, будут лежать на близкой кривой V1ICGrGR1 (аббревиатура относится к индиго, циану, зелёному и жёлтому). Треугольник иным образом содержит цвета, которые расположены на большем расстоянии от белого, и таким образом более насыщенны, чем все обычные цвета.
Гельмгольц и Максвелл сконцентрировались на выборе наиболее подходящей диаграммы, чтобы объяснить наблюдаемые в отношении цветовых смесей явления. Поскольку трихроматическая теория была действующая и общепринятая, их внимание было направлено на геометрию треугольника, совершенно не принимая во внимание феноменологические аспекты. Вопрос, рассматривающий положение спектральных цветов в каждом треугольнике был окончательно решён в конце 19 века, когда А. Кёниг и К. Дитеричи изучили "основные ощущения в нормальных и аномальных цветовых системах и распределение их интенсивности в спектре" и обозначили направление линии, которую мы построили в треугольнике Максвелла . Это будет научно верным, только если мы представим идеальный треугольник, цвета которого более насыщенны, чем спектральные цвета (Е означает точку равной энергии, и это также может быть интерпретированно как белый цвет). Результаты спектральных смесей иллюстрируют, как Ньютон упростил факты, когда он предположил, что насыщенность смешанных цветов будет меньше, если в порядке следования цветов, их компоненты расположены дальше друг от друга.
Работа Кёнига и Дитеричи появилась в "Журнале о психологии" в 1892 году, и было очевидно, что преимущество цветов было потеряно для современных физиков. Но сила восприятия в итоге будет преобладать; без неё техническая игра с цветами будет слишком загнана в рамки геометрических конструкций, даже если эта игра практикуется такими гениями как Гельмгольц или Максвелл .
Теории цветового зрения - концепции, объясняющие способность человека различатьцвета, основанные на наблюдаемыхфактах, предположениях, ихэкспериментальнойпроверке.
Существует ряд различных теорий цветового зрения , такие как:
Теория света и цвета Ньютона Теория Т. Юнга
"Теория цвета" И. В. Гёт
Теория цветовосприятия Иоганнеса Мюллера Теория Э. Геринга
Психофизическая теория цветоощущения Г. Э. Мюллера Теории цветового зрения в ХХ веке
Трёхкомпонентная теория цветовосприятия Трехкомпонентная теория Юнга-Гельмгольца. и т.д.
Небольшим признанием пользуется трехкомпонентная теория . Она допускает существование в сетчатке трех типов различных цветовоспринимающих фоторецепторов - колбочек. О существовании трехкомпонентного механизма восприятия цветов говорил еще М. В. Ломоносов. В дальнейшем эта теория была сформулирована Т. Юнгом и Г. Гельмгольцем. Согласно этой теории колбочки содержат различные светочувствительные вещества. Одни колбочки содержат вещество, чувствительное к красному цвету, другие - к зеленому, третьи- к фиолетовому. Всякий цвет оказывает действие на все три вида цветоощущающих элементов, но в различной степени. Разложение светочувствительных веществ вызывает раздражение нервных окончаний. Возбуждения, дошедшие до коры мозга, суммируются и дают ощущение одного однородного цвета.
49. Слуховые ощущения
Особое значение слуха у человека связано с восприятием речи и музыки. Слуховые ощущения являются отражением воздействующих на слуховой рецептор звуковых волн, которые порождаются звучащим телом и представляют собой переменное сгущение и разрежение воздуха. Звуковые волны обладают, во - первых, различной амплитудой колебания. во - вторых, по частоте или продолжительности колебаний. в - третьих, формой колебаний, т. е. формой той периодической кривой, в которой абсциссы пропорциональны времени, а ординаты - удалениям колеблющейся точки от своего положения равновесия. Слуховые ощущения могут вызываться как периодическими колебательными процессами, так и непериодическими с нерегулярно изменяющейся неустойчивой частотой и амплитудой колебаний. Первые отражаются в музыкальных звуках, вторые - в шумах.
Возникновение слуховых ощущений возможно лишь тогда, когда интенсивность звука достигнет определенного минимума, зависящего от индивидуальной чувствительности уха к данному тону. Существует и верх ний предел интенсивности звука, выше которого в ухе возникает сначала осязание звука, а при дальнейшем повышении интенсивности - болевые ощущения.
50. ПАРАМЕТРЫ СЛУХОВЫХ ОЩУЩЕНИЙ И ИХ ФИЗИЧЕСКИЕ КОРРЕЛЯТЫ: ГРОМКОСТЬ, ВЫСОТА, ТЕМБР .
Слуховое ощущение устанавливается не сразу. Любые звуки, длительность которых короче 5 мс, воспринимаются лишь как шум, щелчок. Слух не ощущает и нелинейных искажений, если их длительность не превышает 10 мс. Поэтому измерительный прибор должен регистрировать не все максимальные уровни сигнала, а лишь те из них, длительность которых превышает 5 - 10 мс. Для выполнения поставленной задачи вещательный сигнал выпрямляют и усредняют (интегрируют) за указанный - промежуток времени.
Слуховое ощущение продолжается еще некоторое время (50 - 60 мкс) после прекращения возбуждения. Поэтому звуки, разделенные промежутками во времени менее 60 - 70 мкс, слышатся без пауз. Слуховые ощущения, которые у нас вызывают различные звуки, во многом зависят от амплитуды звуковой волны и ее частоты. Амплитуда и частота являются физическими характеристиками звуковой волны. Этим физическим характеристикам соответствуют определенные физиологические характеристики, связанные с нашим восприятием звука. Такими физиологическими характеристиками являются громкость и высота звука.
Слуховой анализатор осуществляет очень дифференцированный анализ звуковых раздражителей. С помощью него мы получаем слуховые ощущения, которые позволяют различать высоту, громкость и тембр.
Громкость . Громкость зависит от силы, или амплитуды, колебаний звуковой волны. Сила звука и громкость - понятия неравнозначные. Сила звука объективно характеризует физический процесс независимо от того, воспринимается он слушателем или нет; громкость - качество воспринимаемого звука. Если расположить громкости одного и того же звука в виде ряда, возрастающего в том же направлении, что и сила звука, и руководствоваться воспринимаемыми ухом ступенями прироста громкости (при непрерывном увеличении силы звука), то окажется, что громкость вырастает значительно медленнее силы звука.
Высота. Высота звука отражает частоту колебаний звуковой волны. Далеко не все звуки воспринимаются нашим ухом. Как ультразвуки (звуки с большой частотой), так и инфразвуки (звуки с очень медленными колебаниями) остаются вне пределов нашей слышимости. Нижняя граница слуха у человека составляет примерно 15 - 19 колебаний; верхняя - приблизительно 20000, причем у отдельных людей чувствительность уха может давать различные индивидуальные отклонения. Обе границы изменчивы, верхняя в особенности в зависимости от возраста; у пожилых людей чувствительность к высоким тонам постепенно падает. Область слухового восприятия охватывает свыше 10 октав и ограничена сверху порогом осязания, снизу порогом слышимости. Внутри этой области лежат все воспринимаемые ухом звуки различной силы и высоты. Высота звука, как она обычно воспринимается в шумах и звуках речи, включает два различных компонента - собственно высоту и тембровую характеристику.
Тембр. Под тембром понимают особый характер или окраску звука, зависящую от взаимоотношения его частичных тонов. Тембр отражает акустический состав сложного звука, т. е. число, порядок и относительную силу входящих в его состав частичных тонов (гармонических и негармонических). ембр, как и гармония, отражает звук, который в акустическом своем составе является созвучием. Поскольку это созвучие воспринимается как единый звук без выделения в нем слухом акустически в него входящих частичных тонов, звуковой состав отражается в виде тембра звука. Поскольку же слух выделяет частичные тоны сложного звука, возникает восприятие гармонии.
100 р бонус за первый заказ
Выберите тип работы Дипломная работа Курсовая работа Реферат Магистерская диссертация Отчёт по практике Статья Доклад Рецензия Контрольная работа Монография Решение задач Бизнес-план Ответы на вопросы Творческая работа Эссе Чертёж Сочинения Перевод Презентации Набор текста Другое Повышение уникальности текста Кандидатская диссертация Лабораторная работа Помощь on-line
Узнать цену
Общий подход Г.Гельмгольца к проблеме восприятия сугубо естественно-научный. Отдавая должное собственно психологическим методам исследования (методу анализа и описаний данныхбсамонаблюдений), он не использовал их в своей работе, «поскольку с этим связана необходимость отхода от методов, основанных на достоверных фактах и общепризнанных и ясных принципах» .
Восприятиями Г.Гельмгольц называл чувственные представления о существовании, форме и положении внешних объектов. Основу восприятий, его чувственный материал составляют ощущения, которые и должны быть основной целью изучения. Методы исследования — методы естественных наук. В качестве одной из общих закономерностей формирования зрительных чувственных образов Г.Гельмгольц выделял первое общее правило: при любых воздействиях на органы чувств, пусть даже необычных, «мы всегда видим объекты в поле зрения так, как видели бы их при обычных условиях, если бы получили то же впечатление » .
Это правило означает, что причиной наших ощущений являются только внешние физические воздействия на соответствующие рецепторы органов чувств. Даже давление на внешний угол глазного яблока (явно неспецифическое для зрения воздействие) приводит к ощущению света, идущего со стороны переносицы, поскольку мы механически раздражаем ту часть сетчатки, на которую в обыч-
ных условиях свет падал бы со стороны переносицы. Сформулированное для зрения, это правило является общим для всех видов чувствительности. Другой пример действия этого же правила Г.Гельмгольц приводил, интерпретируя причину возникновения фантомных болей после ампутации конечности: ощущения от отсутствующей ноги или руки в своей основе имеют раздражение остатков нервных волокон. На основе этого правила Г.Гельмгольц также объяснял причину появления иллюзий восприятия: иллюзии возникают не по причине неправильного функционирования органов чувств, а вследствие неправильной интерпретации содержания чувственных ощущений.
Каким же образом из соответствующих определенным органам ощущений возникают целостные образы восприятия? Ответ Г.Гельмгольца ясен и конкретен: восприятия появляются как результат неосознаваемой психической деятельности и по своей форме напоминают умозаключение. Таким образом, механизмом формирования образа восприятия являются бессознательные умозаключения. С помощью этого психического механизма по результатам возбуждения чувствительных нервов восстанавливаются осо-
бенности внешнего объекта. Бессознательные умозаключения по своей сути не являются произвольными актами, мы не можем никак влиять на их результат — образ восприятия, поэтому Г.Гельмгольц, подчеркивая их непроизвольный характер, писал, что они непреодолимы.
Такой непроизвольный или непреодолимый характер чувственных образов может наводить на мысль о том, что есть строгая и однозначная связь между ощущениями и восприятием некоторого объекта, т.е. в восприятиях нет ничего, чего бы не было в соответствующих ощущениях. Г.Гельмгольц однозначно утверждал: связь ощущений и восприятий «в значительной степени основана на приобретенном опыте, т.е. на психической деятельности». Из этого следовало, что на восприятие большое влияние оказывают
опыт, тренировка, привычка.
Второе общее правило, сформулированное Г.Гельмгольцем, следует из опосредствованности содержания образа восприятия прошлым опытом субъекта. Не все ощущения входят в осознаваемый нами образ восприятия, а только те, которые имеют особое значение для восприятия внешних объектов . В правиле содержится очень важная мысль о том, что образ восприятия — это всегда обобщенный образ внешнего объекта, а не детализированный набор всех ощущений. Из этого правила следует то, что образ восприятия имеет предметный характер, поскольку в нем отражаются существенные свойства объекта. Из него также следует, что далеко не весь субъективный опыт нами осознается, некоторая его часть не входит в образ восприятия.
Таким образом, Г.Гельмгольц достаточно определенно ставил вопрос о двойственности восприятия, о чувственной основе и предметном содержании перцептивного образа. В его работе, пожалуй, впервые была четко сформулирована мысль, что «хотя как будто нет ничего легче осознания своих собственных ощущений, опыт показывает, что для их обнаружения нередко нужен особый талантѕ» . Привлечь свое внимание к ощущениям — особое дело, для этого необходимо отвлечься от предметного содержания чувственного образа, например введя фактор необычности при восприятии чего либо. И Г.Гельмгольц дал прекрасный совет, которым в дальнейшем воспользуются многие психологи-экспериментаторы: чтобы увидеть мир более детально и менее обобщенно, нужно посмотреть на него через линзы, переворачивающие изображение. Например, воспользуемся астрономическим телескопом, направив его на идущих вдали людей. Вместо плавных и слитных движений мы увидим странные скачки и колебания и многие другие особенности индивидуальной походки. «И все это лишь потому, что наблюдение стало необычным» . И наоборот, в перевернутом изображении мы не увидим предметных характеристик зрительного образа — стало «не так легко определить характер походки: легкая она или тяжелая, чинная или грациозная» . Таким образом, в обычных условиях восприятия достаточно трудно определить, что в нашем образе от его чувственной основы — ощущений, а что привнесено опытом.
Характеризуя основные виды образов, Г.Гельмгольц дал определение трем из них, тем самым показав специфику образов восприятия.
Понятие образ в представлении — относится только к впечатлениям, не имеющим текущей чувственной основы, это образ прошлых впечатлений.
Понятие перцептивный образ — относится непосредственно к восприятию, которое сопровождается соответствующими чувственными ощущениями.
Понятие первичный образ — относится к совокупности чувственных впечатлений, формирующихся на основе текущих ощущений и не имеющий в своей основе прежнего опыта.
Таким образом, перцептивный образ образуется в процессе взаимодействия прежнего опыта (большая посылка) и текущих чувственных ощущений (малая посылка), механизм такого взаимодействия аналогизируется с результатом логического вывода — умозаключением, которое по своей форме бессознательное. Именно поэтому, воспринимая окружающую нас реальность, мы не в состоянии осознать, в какой степени содержание наших образов зависит от памяти, а в какой — от их непосредственной чувственной основы.
В заключение остановимся на нескольких мыслях Г.Гельмгольца о природе нашего восприятия, послуживших основой концепций в современной психологии. Подчеркивая роль понимания в
построении образа восприятия в условиях сенсорной неопределенности, Г.Гельмгольц тем самым предвосхитил идеи Дж.Брунера и других психологов о восприятии как процессе проверки перцептивных гипотез.
Из понимания восприятия как синтеза текущих ощущений и прошлого опыта следует представление Г.Гельмгольца об иллюзиях восприятия, причины которых он видит в нарушении нормального восприятия: дефицит опыта, дефицит времени или нарушение нормальных условий наблюдения.
При характеристике процессуального аспекта восприятия Г.Гельмгольц указывал на его активный характер: «Мы не просто пассивно поддаемся потоку впечатлений, а активно наблюдаем, т.е. так настраиваем свои органы чувств, чтобы различать воздействия с максимальной точностью» . Он подчеркивал, что в процессе восприятия мы выбираем такой способ наблюдения, чтобы с его помощью успешно рассматривать и сравнивать. Эти мысли великого ученого подразумевают подход к восприятию как системе перцептивных действий, в которых включены не только афферентные, но и эфферентные звенья.
В понимании вопроса о преимущественной роли врожденных механизмов или приобретаемого субъектом опыта в восприятии Г.Гельмгольц стоял на позиции эмпиризма и критиковал нативистическую точку зрения за излишнее усложнение природы познавательных процессов. На примере формирования пространственных представлений он показал, что гораздо легче и проще предположить, что они формируются в опыте, а не врожденны.
Особое внимание Г.Гельмгольц уделял вопросу о полноте и истинности отражения действительности в перцептивных образах, который решал с позиций практической значимости воспринимаемого предмета в деятельности человека. «Задавать вопрос, верно или неверно мое представление о столе (его форме, твердости, цвете, тяжести и т.д.) само по себе, независимо от возможного его практического использования и совпадает ли оно с реальным предметом или является иллюзией, столь же бессмысленно, как и вопрос о том, какой цвет имеет данный звук — красный, желтый или синий. Представление и его объект принадлежат, очевидно, двум совершенно различным мирам» . Таким образом, он подчеркивал, что истинность чувственного восприятия предмета имеет смысл не сама по себе, а по отношению к практическому использованию этого предмета, а это означает, что в образе восприятия нам открываются те из многочисленных его свойств, которые проявляются в процессе практического взаимодействия человека с миром
В 1863 г. Гельмгольц обосновал свою резонансную теорию, исходя из предположения, что улитка при помощи явлений физического резонанса может разложить сложные звуки на простые тоны. Ввиду того что основная мембрана благодаря эластическим волокнам натянута в поперечном направлении и так как она имеет разную ширину у основания и верхушки улитки, Гельмгольц считал, что она представляет собой подходящее образование, которое разными участками резонирует на звуки разной высоты
Особенно много возражений против резонансной теории имеется со стороны физиков, и в настоящее время резонансная теория в старой трактовке должна быть оставлена. Новые наблюдения и теоретические соображения говорят против того, что в улитке при прохождении звука имеет место механический резонанс наподобие резонанса струн. Так как основная мембрана составляет одну цельную натянутую перепонку, любая деформация будет более или менее сильно сказываться на широкой полосе или даже на всей мембране, но с максимумом в определенном месте.
Указывалось также на то, что под влиянием звуков в лимфе улитки происходят сложные гидродинамические процессы, от которых деформации в мембранах зависят не в меньшей степени, чем от физических свойств самой основной перепонки. Поэтому большинство из последующих исследователей высказывается за большую протяженность деформации основной мембраны. Многие из авторов предлагали теорию, в основе которой лежит признавание механизма «пробегающей волны», наподобие той, какая наблюдается при сотрясении конца натянутой веревки.
Согласно этой теории , деформация основной перепонки, вызванная толчком стремени, движется с определенной быстротой в виде передвигающейся волны деформации по основной мембране.
Различие во взглядах отдельных авторов состоит лишь в том, что одни считают, что волна деформации быстро затухает, пройдя известное пространство по мембране, другие же считают, что бегущая волна проходит по всей длине перепонки, и третьи, наконец, допускают, что путем отражения образуются стоячие волны наподобие фигур Хладни (теория Эвальда).
Применяя современные достижения акустики , Бекеши (1928) изучил на модельных опытах, а также путем наблюдений за основной мембраной у морской свинки, произведенных при помощи оптических приборов и микроманипуляторов, характер изменений, которым подвергается основная мембрана при звуковом раздражении.
На весьма совершенных моделях , подбирая правильную упругость и толщину специальной резиновой пленки, он мог показать, что картины, полученные Эвальдом, являлись артефактом. В его опытах на мембране под влиянием звука возникала бегущая волна с быстро затухающей амплитудой. На месте максимальной амплитуды наблюдались вихри, скорость вращения которых пропорциональна величине амплитуды.
При сильных звуках получались точечные прорывы мембран, которые вызывались действием двух вихрей по обе стороны мембраны. Локализация этих перфораций зависела от частоты колебаний: чем выше звук, тем ближе к основанию образуется отверстие.
На препаратах улитки морской свинки Бекеши наблюдал, что экскурсии основной мембраны имеют более широкую зону при низких звуках и колебание перепонки заметно только у верхушки улитки. При помощи микроманипулятора он смог даже измерить величину прогиба основной мембраны.
Из современных теорий особенного внимания заслуживает теория Флетчера-Роафа, так как она расширяет наши понятия о резонансе-общепринятом в физике явлении, которое наилучшим образом объясняет анализ сложпого звука на его оставные. Эти авторы воспользовались данными Луца (Lutz), который показал, что в резонансе могут участвовать не только струны и мембраны, но и столбики жидкостей. Луц наполнял U-образные трубки разными порциями воды и вызывал колебания жидкости при помощи вибраторов. Оказалось, что интенсивность колебания столба жидкости зависит от частоты колебания вибратора.
При медленных вибрациях наибольший размах колебаний столба жидкости наблюдался в трубках, содержащих большое количество воды, наоборот, при частых колебаниях наиболее энергичные соколебания совершала жидкость небольшого объема.
ТЕОРИЯ
Но для начала совсем немного теории, иначе не понятно как такое в принципе может быть и почему мы об этом с вами очень мало знаем.
Примерно 180 лет назад немецкий физик, физиолог Герман Гельмгольц высказал предположение о работе человеческого глаза. Что же предположил Гельмгольц? Он предположил, что глаз у человека имеет форму шара, в передней части находится хрусталик, двояковыпуклая линзочка, а вокруг хрусталика находится так называемая круговая цилиарная мышца.
Так как же человек видит по Гельмгольцу?
Когда цилиарная мышца расслаблена, хрусталик плоский, фокус хрусталика находится на сетчатке, и такой расслабленный глаз с плоским хрусталиком прекрасно видит вдаль, потому что четкое изображение далеких предметов по законам геометрической оптики строится в районе фокуса оптической системы. В данном случае четкое изображение далекого предмета будет как раз на сетчатке глаза.
Но вот человеку надо увидеть вблизи. Чтобы увидеть вблизи, надо изменить параметры этой оптической системы. И Гельмгольц предположил, что для того, чтобы увидеть вблизи, человек напрягает цилиарную мышцу, она со всех сторон сжимает хрусталик, хрусталик делается более выпуклым, меняет свою кривизну, фокусное расстояние выпуклого хрусталика уменьшается, фокус уходит внутрь глаза, и такой глаз с выпуклым хрусталиком прекрасно видит вблизи. Потому что четкое изображение близких предметом по законам той же геометрической оптики строится за фокусом оптической системы. В данном случае изображение этого близкого предмета опять получится точно на сетчатке глаза.
Итак, надо человеку увидеть вдаль. Он моргнул, расслабил цилиарную мышцу - хрусталик плоский, он видит вдаль. Надо увидеть вблизи - напрягает цилиарную мышцу, хрусталик выпуклый и он видит вблизи.
Что такое близорукость по Гельмгольцу?
У некоторых людей (Гельмгольц сам так и не понял почему) напрягается цилиарная мышца, хрусталик делается выпуклым, а назад эта мышца не расслабляется. Таких людей с выпуклым хрусталиком он назвал близорукими. Они вблизи видят хорошо, а вдаль они не видят, потому что четкое изображение далекого предмета строится в районе фокуса оптической системы. В данном случае четкое изображение будет внутри глаза. А на сетчатке будет какое-то неясное, размазанное, размытое пятно. И тогда Гельмгольц предложил компенсировать близорукость с помощью двояковогнутой отрицательной минусовой очковой линзы. А фокусное расстояние системы (вогнутая линза плюс выпуклый хрусталик) - увеличивается. С помощью очков фокус возвращается на сетчатку глаза и близорукие люди в минусовых очках прекрасно видят вдаль.
И вот с тех пор, 180 лет, все глазные врачи мира близоруким людям подбирают минусовые очки и рекомендуют их для постоянной носки.
У кого из вас близорукость? Поднимите руки, пожалуйста. Вот ваша, как говорится, беда и ваша проблема.
Что такое дальнозоркость по Гельмгольцу?
У многих людей, считал Гельмгольц, с возрастом ослабевает работа цилиарной мышцы. В результате - хрусталик плоский, фокус хрусталика находится на сетчатке, и классические дальнозоркие люди прекрасно видят вдаль. Но вот надо увидеть вблизи. Чтобы увидеть вблизи, надо сжать хрусталик, сделать его выпуклым. А силы мышце сжать хрусталик не хватает. И человек смотрит в книгу, а четкое изображение букв строится за фокусом оптической системы, где-то ближе к затылку. А на сетчатке будет просто неясное, размазанное, размытое пятно. И тогда Гельмгольц предложил компенсировать дальнозоркость с помощью двояковыпуклой плюсовой очковой линзы. А фокусное расстояние системы (выпуклая линза плюс плоский хрусталик) - уменьшается. С помощью очков фокус заводится внутрь глаза и дальнозоркие люди в плюсовых очках прекрасно видят вблизи.
И вот с тех пор, 180 лет, все глазные врачи мира дальнозорким людям подбирают плюсовые очки, рекомендуют их для чтения и для работы вблизи.
У кого из вас дальнозоркость? Поднимите руки, пожалуйста.
