§ 2. Органы чувств как источник информации об окружающем мире

Определения и обозначения

Органы чувств — органы, с помощью которых человек получает информацию о воздействиях окружающего мира. К ним относят зрение, слух, осязание, обоняние и вкус. Это исходный канал сведений о явлениях, которые затем анализирует мозг.

Ощущение — отражение отдельного свойства предмета или явления, возникающее при воздействии на орган чувств. Например, яркость, звук или чувство холода сообщают лишь об определённой стороне объекта. Понятие нужно, чтобы отличать непосредственное восприятие от полного описания тела.

Наблюдение — целенаправленное восприятие явления без активного изменения условий его протекания. Наблюдатель выбирает, что и когда рассматривать, фиксирует признаки и сравнивает их. Наблюдение помогает обнаружить закономерность до проведения специального опыта.

Измерение — определение значения физической величины с помощью измерительного прибора и принятой единицы. Результатом становится число, например 22 °C или 0,5 с. Такое описание позволяет сравнивать результаты разных людей и опытов.

Как это устроено

Свет от источника или отражённый от тела попадает в глаз, а колебания воздуха достигают уха. Тепловое воздействие передаётся коже, где возбуждает чувствительные рецепторы. Рецепторы преобразуют воздействие в нервные сигналы, а мозг сопоставляет их с прежним опытом и формирует ощущение.

Разные органы чувств приспособлены к разным видам сигналов, потому что их рецепторы реагируют не одинаково. Зрение сообщает о цвете, форме, размерах и положении, слух — о звуке, его высоте и громкости. Осязание позволяет почувствовать давление и фактуру, а также приблизительно оценить, какой предмет теплее или холоднее.

Человеческое восприятие имеет пределы: мы не видим радиоволны, не слышим ультразвук и не можем надёжно определить число градусов кожей. Даже доступные ощущения зависят от освещения, расстояния, контраста, состояния организма и предыдущих воздействий. Поэтому субъективное впечатление может обнаружить различие, но не всегда позволяет точно назвать физическую величину.

Наблюдение организуют так, чтобы внимательно и последовательно следить за явлением, не меняя его специально. Например, можно заметить, что звук камертона постепенно становится тише, или увидеть изменение уровня жидкости. Такое наблюдение выявляет признаки и ход процесса, но длительность или температуру обычно нельзя определить достаточно точно без прибора.

Приборы расширяют возможности органов чувств, преобразуя воздействие в удобный для считывания сигнал. Шкала термометра связывает расширение жидкости с температурой, а регистратор звука сохраняет колебания для последующего сравнения. Единицы и одинаковые правила работы делают результаты измерений проверяемыми и сопоставимыми.

Источники информации о свойствах окружающего мира

Сначала определите, какое воздействие нужно обнаружить, а затем найдите подходящий орган чувств или прибор. Последний столбец подсказывает, почему впечатление может быть неточным и чем его проверить.

Разбор задач

1. Сравнение металлической и деревянной ложек

Условие. Металлическая ложка кажется ученику холоднее деревянной. Нужно определить, какую информацию он получил непосредственно и можно ли по этому ощущению точно сравнить температуры ложек.

1. Непосредственно получено ощущение различия теплового воздействия: металл отводит тепло от руки быстрее, чем дерево.
2. Это ощущение характеризует теплообмен между рукой и ложкой, а не только температуру ложки.
3. Чтобы узнать и сравнить температуры, нужно поместить термометр в одинаковые условия контакта с каждой ложкой и снять показания.

Ответ. Ученик непосредственно узнал, что металлическая ложка кажется более холодной. Точно сравнить температуры только по ощущению нельзя, потому что результат зависит от теплопроводности материалов и состояния руки. Для численного сравнения нужен термометр.

2. Сравнение длительности звучания камертонов

Условие. Требуется выяснить, одинаково ли долго звучат два камертона. Нужно предложить способ наблюдения и объяснить, почему одного слухового впечатления недостаточно.

1. Ударяют по камертонам одинаковым способом и по очереди, стараясь не менять расстояние до наблюдателя.
2. Наблюдают момент начала и окончания слышимого звука, затем сравнивают длительность звучания.
3. Для точного результата используют микрофон и регистратор, который фиксирует изменение звукового сигнала во времени.

Ответ. Слуховое наблюдение позволяет приблизительно определить, какой звук затихает раньше. Оно недостаточно точно из-за порога слышимости, фонового шума и особенностей слуха. Приборная запись позволяет сравнивать одинаково выбранные моменты затухания.

3. Сравнение температуры воды

Условие. Нужно сравнить температуру воды в двух сосудах и установить, насколько одна температура выше другой. Результат требуется получить в одной единице.

1. Выбирают исправный термометр с подходящим диапазоном и ценой деления, например в градусах Цельсия.
2. Погружают его в первый сосуд, не касаясь стенок и дна, ждут установления показаний и записывают T₁.
3. Повторяют действия со вторым сосудом, получают T₂ и вычисляют разность: ΔT = T₁ − T₂, если первая вода теплее.

Ответ. Нужны термометр, два сосуда и одинаковые правила считывания показаний. Если получены T₁ = 45 °C и T₂ = 30 °C, первая вода теплее на 15 °C. Без показаний прибора можно лишь субъективно сказать, какая вода кажется теплее.

Типичные ошибки

Ощущение считают точным измерением. Его принимают за измерение, потому что человек действительно замечает различие. Но ощущение не даёт надёжного численного значения; проверьте себя вопросом: названо ли число и получено ли оно прибором?

Считают, что органы чувств воспринимают всё. Ошибка возникает из-за привычки доверять собственному опыту. Диапазон чувствительности ограничен, поэтому нужно спросить, доступно ли данное воздействие зрению, слуху или осязанию.

Путают наблюдение с измерением. Наблюдение описывает признаки явления, а измерение определяет число в единице. Если в рассуждении нет прибора, шкалы или численного результата, скорее всего, речь идёт о наблюдении.

Делают вывод по одному впечатлению. Условия опыта и особенности восприятия могут исказить результат. Повторите наблюдение, измените порядок сравнения и при необходимости замените впечатление приборной проверкой.

Связь с другими темами

Понимание роли органов чувств связано с понятиями физического тела и физического явления. Наблюдая изменение тела или процесса, человек получает исходные сведения, которые затем формулирует как физическую задачу.

Знание физических величин и единиц понадобится при изучении измерений, эксперимента и погрешностей. Числовой результат нужно не только получить, но и оценить по точности, сравнив условия и возможные источники ошибки.

Что запомнить

• Органы чувств дают человеку информацию об окружающем мире.
• Разные органы чувств воспринимают разные виды воздействий.
• Ощущения человека имеют пределы и могут быть субъективными.
• Наблюдение помогает обнаруживать и описывать явления.
• Измерение позволяет получить численное значение физической величины.
• Приборы расширяют возможности органов чувств и повышают точность исследования.