Око як оптична система Гіпермаркет знань

04.10.2015

Матеріал з Гіпермаркет знань

  • Ви вже знаєте, що більшу частину інформації про навколишній світ ми отримуємо завдяки зору. Органом зору людини є очі — один з найбільш досконалих і разом з тим простих оптичних приладів. Як же влаштований очей? Чому деякі люди погано бачать і як скоригувати їх зір? Як з особливостями людського ока пов’язано виробництво мультиплікаційних фільмів?

1. Знайомимося з будовою ока

Око людини має кулясту форму (рис. 3.66). Діаметр очного яблука близько 2,5 див. Зовні око покритий щільною непрозорою оболонкою — склери. Передня частина склери переходить у прозору рогову оболонку — рогівку, яка діє як збираюча лінза і забезпечує 75 % здатності ока заломлювати світло.

Рис. 3.66. Будова ока

З внутрішньої сторони склера вкрита судинною оболонкою, що складається з кровоносних судин. що харчують очей. У передній частині ока судинна оболонка переходить у райдужну оболонку, яка неоднаково пофарбована у різних людей. У райдужній оболонці є круглий отвір — зіниця. Зіниця звужується в разі посилення інтенсивності світла і розширюється у разі ослаблення.

Здатність ока пристосовуватися до різної яскравості спостережуваних предметів називають адаптацією.

За зіницею розташований кришталик, що являє собою двовипуклу лінзу. Кришталик завдяки скріпленим з ним м’язів може змінювати свою кривизну, а отже, і оптичну силу.

Судинна оболонка з внутрішньої сторони ока покрита сітківкою — розгалуженнями світлочутливого нерва. Найчутливіша частина сітківки розташована прямо навпроти зіниці і називається жовтим плямою. Місце, де зоровий нерв входить в око, несприйнятливо до світла. тому отримало назву сліпої плями. В отриманні зображення також бере участь склоподібне тіло — прозора драглиста маса, яка заповнює простір між кришталиком і сітківкою. Світло, що потрапляє на поверхню очі, заломлюється в рогівці, кришталику і склоподібному тілі. В результаті на сітківці виходить дійсне, перевернуте, зменшене зображення предмета (рис. 3.67).

Рис. 3.67. Зображення, яке виходить на сітківці ока. — дійсне, перевернуте, зменшене

Рис. 3.68. У спокійному стані фокус оптичної системи здорового ока розташований на сітківці. У цьому випадку на сітківці утворюється чітке зображення віддалених предметів

2. Дізнаємося, чому людина бачить як віддалені предмети, так і розташовані поруч

Якщо людина має добрий зір, він бачить чіткими як далеко так і близько розміщені предмети. Це відбувається тому, що в разі зміни відстані до предмета кришталик ока змінює свою кривизну.

  • Здатність кришталика змінювати свою кривизну у разі зміни відстані до розглянутого предмета, називають акомодацією.

Якщо людина дивиться на досить віддалені предмети, що в око попадають рівнобіжні промені — у цьому випадку очей найбільш розслаблений. (Зауважте, що, замислившись, людина дивиться неначе вдалечінь!) Чим ближче розташований предмет, тим сильніше напружується очей. Найменшу відстань, на якій око бачить предмет, практично не напружуючись, називають відстанню найкращого зору. Для людей з нормальним зором це відстань дорівнює приблизно 25 див. Саме на такій відстані людина з хорошим зором читає книгу.

3. З’ясовуємо, що таке короткозорість і далекозорість і які є способи їх корекції

Щоб краще розібратися, що відбувається в оптичній системі ока у разі короткозорості і далекозорості і як виправити ці недоліки зору, уявімо таку ситуацію. Три людини, одна з яких має нормальний зір, у другого — короткозорість, а у третього — далекозорість, дивляться на одні й ті ж предмети, розташовані досить далеко,— наприклад, на зірки. (В цьому випадку ми можемо не брати до уваги акомодацію, адже очі у всіх трьох розслаблені.)

У людини з нормальним зором фокус оптичної системи ока в спокійному (ненапряженном) стані розташований на сітківці, тобто паралельні промені, що потрапляють в око, після заломлення в оптичній системі ока збираються на сітківці (рис. 3.68), і зображення предметів на ній буде чітким.

Інша ситуація у людей, що мають короткозорість або далекозорість. Короткозорість — це недолік зору, в разі якого фокус оптичної системи ока в спокійному (ненапряженном) стані розташований перед сітківкою (рис. 3.69, а). Це відбувається тому, що у разі короткозорості кут заломлення світлового пучка в оптичній системі ока виявляється більшим, ніж у людини з нормальним зором. Тому зображення предметів на сітківці буде нечітким, розмитим.

Рис. 3.69 У разі короткозорості у спокійному стані очі фокус F оптичної системи ока розташований перед сітківкою (про). Зображення віддалених предметів на сітківці виходить нечітким. Для корекції близорукості використовують окуляри з розсіюючими лінзами (б)

Відстань найкращого зору у разі короткозорості менше 25 див. Саме тому короткозорий людина, щоб розглянути предмет в руках, підносить його близько до очей. Короткозорість коригується носінням окулярів з розсіюючими лінзами (рис. 3.69, б).

Далекозорість — це недолік зору, в разі якого фокус оптичної системи ока в спокійному (ненапряженном) стані розташований за сітківкою (рис. 3.70, а). Це відбувається тому, що в разі далекозорості кут заломлення світлового пучка в оптичній системі ока виявляється меншим, ніж у людини з нормальним зором. Зображення предметів на сітківці також буде нечітким, розмитим.

Відстань найкращого зору у разі далекозорості більше, ніж 25 см, тому, розглядаючи предмет у руках, людина відсуває його від очей. Далекозорість коригується носінням окулярів з збирають лінзами (рис. 3.70, б).

Рис. 3.70. У разі далекозорості в спокійному стані очі фокус F оптичної системи ока розташований за сітківкою (про). Зображення віддалених предметів на сітківці виходить нечітким. Для корекції далекозорості використовують збираючі лінзи (б)

4. Знайомимося з інерцією зору

Якщо швидко переміщати в темряві «бенгальський вогонь», то спостерігач побачить світяться фігури, утворені «вогневим контуром». Різнокольорові лампочки каруселі під час швидкого обертання, зливаючись, утворюють кільця. Наші очі весь час блимають, а оскільки ці рухи досить швидкі, ми не помічаємо, що на певний проміжок часу предмет, на який ми дивимося, стає невидимим.

Всі ці явища можна пояснити так званої інерцію зору. Суть в тому, що після того як зображення предмета зникає з сітківки ока (предмет прибирають, перестають його висвітлювати, затуляють непрозорим екраном тощо), зоровий образ, викликаний цим предметом, зберігається протягом 0,1 с.

Зорову інерцію широко використовують в анімаційному кіно. Картинки на екрані дуже швидко (24 рази в секунду) змінюють один одного, під час їх зміни екран не висвітлюється, але глядач цього не помічає — він просто бачить ряд чергуються картинок. Таким чином на екрані створюється ілюзія руху. (А тепер уявіть, скільки картинок потрібно намалювати художникам, щоб отримати повнометражний мультиплікаційний фільм!)

На інерції зору також базується застосування стробоскопа. (Стробоскоп являє собою джерело світла, що випромінює світлові спалахи через певні, дуже малі проміжки часу.) Під час фотографування об’єктів, освещеннных стробоскопом, ми отримуємо стробоскопічні фотографії (рис. 3.71).

Рис. 3.71 Стробоскопическая фотографія гімнаста, виконує вправи на перекладині

З точки зору фізики, око являє собою оптичну систему, основними елементами якої є рогівка, кришталик і склоподібне тіло.

В результаті заломлення світла в цій оптичній системі на світлочутливій поверхні очного дна — сітківці утворюється зменшене, дійсне, перевернуте зображення предмета.

Якщо оптична система ока збирає промені перед сітківкою, то зображення предмета на сітківці буде розмитим — такий дефект зору називається короткозорістю. Короткозорість коригують носінням окулярів з розсіюючими лінзами.

Якщо оптична система ока слабо переломлює промені, то продовження променів перетинаються за сітківкою — такий дефект зору називається далекозорістю. Далекозорість коригують носінням окулярів з збирають лінзами.

Після того як зображення предмета зникає з сітківки ока, зоровий образ, викликаний цим предметом, зберігається в свідомості людини протягом 0,1 с. Це властивість називають інерцією зору.

  • Контрольні питання

1. Опишіть будову людського ока і призначення окремих його елементів.

2. Які характеристики має зображення виникає на сітківці ока?

3. Як змінюється діаметр зіниці у разі зменшення освітленості?

4. Чому людина з нормальним зором може однаково чітко бачити як далеко так і близько розміщені предмети?

5. Чому дорівнює відстань найкращого зору для людини з нормальним зором?

6. Який дефект зору називається короткозорістю? Як його можна скорегувати?

7. Який дефект зору називається далекозорістю? Як його можна скорегувати?

8. Яку властивість зору називають інерцією зору?

1. Чому кривизна кришталика ока риби більша, ніж у людини?

2. Оптична сила нормального ока змінюється від 58,6 до 70,6 дптр. Визначте, у скільки разів змінюється при цьому фокусна відстань очі.

3. На якій мінімальній відстані від ока слід розташувати дзеркальце, щоб побачити чітке зображення ока?

4. Оптична сила лінз бабусиних очок -2,5 дптр. Яке фокусна відстань цих лінз? Який дефект зору має бабуся?

5. Чому, щоб краще бачити, короткозорий людина мружить очі?

6. Чому навіть у чистій воді людина без маски погано бачить?

7. Хлопчик читає книгу, тримаючи її на відстані 20 см від очей. Визначте оптичну силу лінзи, які необхідні хлопчикові для читання на відстані найкращого зору (за умови нормального зору).

  • Експериментальні завдання

1. Запропонуйте спосіб, з допомогою якого можна визначити, який дефект зору (короткозорість або далекозорість) коригують ті чи інші окуляри. Постарайтеся знайти кілька різних очок (попросіть у домашніх, сусідів і т. д.) і переконайтеся в правильності свого способу.

2. Перевірте на досвіді властивість ока змінювати діаметр зіниці в залежності від освітленості розглянутого об’єкта. Для спостереження змін діаметра зіниці скористайтесь дзеркалом.

  • Фізика і техніка в Україні

В кінці минулого століття вченим вдалося встановити, що заломлення світлового променя, що потрапляє в око, по-різному в різних точках очі з-за того, що поверхня рогівки не є ідеально гладкою, а кришталик не є однорідним (див. малюнок).

Для виправлення зору була запропонована методика згладжування поверхні рогівки за допомогою лазерного випромінювання. Однак, щоб ця технологія дійсно запрацювала, треба було знати, яку саме кількість речовини кришталика слід видалити в конкретному місці, тобто було необхідно виміряти реальний профіль кришталика. Тим не менш очей не стоїть спокійно, а отже, треба було зробити це вимір дуже швидко (за частки секунди).

У Німеччині, Японії, Іспанії та США розпочалося шалене змагання вчених і інженерів за створення такого вимірювального приладу. Однак перший у світі рейтрейсинговый аберометр був створений колективом українських вчених під керівництвом професора Василя Молебного.

Фізика. 7 клас: Підручник / Ф. Я. Божинова, М. М. Кірюхін, Е. А. Кірюхіна. — X. Видавництво «Ранок», 2007. — 192 с. іл.

Якщо у вас є виправлення або пропозиції до даного уроку, напишіть нам .

Якщо ви хочете побачити інші корективи та побажання до уроків, дивіться тут — Освітній форум .

Короткий опис статті: будова ока людини Гіпермаркет Знань — перший в світі!, Гіпермаркет Знань, Фізика, 7 клас, Око як оптична система, Діаметр, кровоносних судин, світла, сітківці ока, фокус, промені, короткозорість

Джерело: Око як оптична система — Гіпермаркет знань

Також ви можете прочитати