Конспект по физике для 9 класса «Глаз как оптическая система».
Конспекты по физике Учебник физики Тесты по физике
Глаз как оптическая система.
Органы зрения являются одними из важнейших органов чувств человека и большинства животных. Органы зрения также называют зрительными анализаторами. Органы зрения — это не только глаза. Люди видят благодаря тому, что информация, полученная посредством глаза, передаётся в определённые области коры головного мозга, где и формируется та картина внешнего мира, которую мы видим.
УСТРОЙСТВА ГЛАЗА ЧЕЛОВЕКА
Глаз человека является сложным оптическим прибором, состоящим из двух линз с переменным фокусным расстоянием. Глаз, или глазное яблоко, имеет почти шарообразную форму. Снаружи глаз покрыт прочной белой оболочкой — склерой, которая защищает его от повреждений. Передняя часть склеры прозрачна для света и называется роговицей. За роговицей расположена прозрачная водянистая масса, а за ней — радужная оболочка. Она определяет цвет глаз. В радужной оболочке есть отверстие — зрачок. Диаметр зрачка может изменяться: увеличиваться в темноте и уменьшаться на свету. После зрачка свет проходит через хрусталик — прозрачное тело, напоминающее двояковыпуклую линзу. Хрусталик окружён мышцами, прикрепляющими его к склере. За хрусталиком расположено стекловидное тело, заполняющее всю остальную часть глаза. Таким образом хрусталик разделяет внутреннюю поверхность глаза на две камеры: переднюю камеру, заполненную водянистой влагой, и заднюю камеру, заполненную стекловидным телом. Задняя стенка склеры — сетчатка — состоит из разветвлений волокон зрительного нерва, чувствительных к свету. Светочувствительные клетки (палочки и колбочки), содержащиеся в клетчатке, называются фоторецепторами.
КАК МЫ ВИДИМ РАЗЛИЧНЫЕ ПРЕДМЕТЫ?
Оптическая система глаза состоит из роговицы, передней камеры, заполненной водянистым веществом, хрусталика и стекловидного тела. Световые лучи, попадая в глаз, преломляются в оптической системе глаза, и на сетчатке глаза появляется изображение. Можно сказать, что сетчатка является шарообразным экраном, на который проецируется окружающий нас мир. Изображение предмета, возникающее на сетчатке глаза, является действительным, уменьшенным и перевёрнутым.
Почему же мы видим предметы такими, какие они есть на самом деле? Дело в том, что в сетчатке оптическая информация воспринимается светочувствительными нервными клетками и передаётся в мозг. Обрабатывая сигналы, мозг снова переворачивает изображение.
ОСТРОТА ЗРЕНИЯ
Если изображения двух точек будут попадать на одну фоторецепторную клетку (колбочку) глазного дна, мы будем воспринимать их как одну точку. Если расстояние между точками увеличится настолько, что их изображения попадут на две соседние рецепторные клетки, мы увидим линию, то есть будем воспринимать их слитно. Чтобы точки воспринимались раздельно, их изображения должны попадать на две рецепторные клетки, разделённые хотя бы ещё одной.
Остротой зрения называют способность различать границы и детали видимых объектов. Острота зрения определяется по минимальному угловому расстоянию между двумя точками, при котором они воспринимаются раздельно.
За норму, соответствующую остроте зрения 1.0, принимается такая различительная способность глаза, при которой две точки видны как раздельные, если угол между лучами, идущими от них в глаз, равен 1° (1 градус = 60 минут).
При такой остроте зрения величина изображения на сетчатке равна 0,004 мм, что соответствует диаметру колбочки. Чем меньше диаметр колбочки, тем больше разрешающая способность глаза.
Для того, чтобы проверить остроту зрения, можно воспользоваться звездой Сименса. Если чёткость зрения неидеальна, то, не доходя до центра, лучи расплываются и начинают перекрываться между собой.
На очень коротком участке они могут как бы слиться с фоном. Однако по мере дальнейшего продвижения к центру лучи вдруг снова оказываются чётко видны. При этом изображение превращается как бы в свой негатив. На месте чёрного луча оказывается белый фон, а на месте белого фона — чёрный луч.
Люди с хорошим зрением могут наблюдать этот эффект, если поднесут картинку очень близко к глазам. Однако на большом расстоянии от картинки лучи для них будут сливаться в сплошную серую массу.
Звезда Сименса даёт прекрасную возможность наблюдать, как острота зрения постоянно меняется, причём эти изменения отчасти подчиняются волевому контролю.
Известны опыты по изучению того, как изменится зрительное восприятие человека, если с помощью специальных очков перевернуть световые лучи ещё на пути к глазу так, чтобы изображение на сетчатке было не перевёрнутым, а прямым. В начале эксперимента испытуемые, надев такие очки, видели все предметы перевёрнутыми, что доставляло им массу неудобств. Но спустя некоторое время участники эксперимента вновь начинали правильно ориентироваться в окружающей обстановке. При этом они начинали вновь видеть предметы правильно, как если бы очки не искажали видимое ими окружение.
БИНОКУЛЯРНОЕ ЗРЕНИЕ
Наличие двух глаз позволяет сделать наше зрение стереоскопичным (или бинокулярным), то есть сформировать трёхмерное изображение. Проводящие пути зрительной системы устроены так, что в левое полушарие головного мозга попадает информация о том, что справа от нас, а в правое полушарие — о том, что слева от нас. Затем две части изображения — правую и левую — головной мозг соединяет воедино.
У большинства животных глаза расположены по разные стороны головы, поэтому они видят каждым глазом свою картину. Видимые ими предметы не отличаются рельефностью, к которой мы привыкли, но поле зрения гораздо обширнее.
У человека и приматов глаза эволюционировали и «перешли» на переднюю часть головы. Учёные считают, что такое расположение глаз даёт два преимущества: объёмное видение окружающего пространства и способность видеть «сквозь предметы». Для проверки этой способности достаточно провести простой эксперимент. Надо взять карандаш и, держа его вертикально, посмотреть на панораму прямо за ним. Если закрыть один глаз, а затем второй, то легко увидеть, что карандаш в любом случае закрывает какую-то область пространства. Но если посмотреть обоими глазами, то всё, что ранее было «спрятано», теперь вполне обозримо.
АККОМОДАЦИЯ
Способность глаза приспосабливаться к чёткому различению предметов, расположенных на разных расстояниях от глаза, называется аккомодацией (от лат. accomodatio — приспособление).
Когда человек смотрит на удалённые предметы, он не напрягает зрение, мышцы, удерживающие хрусталик, расслаблены, и изображение оказывается на сетчатке. Когда же человек переводит взгляд на близкие к нему предметы, изображение должно сместиться за сетчатку. Чтобы изображение не было размытым, глазные мышцы сжимают хрусталик, делая его более выпуклым. При этом его кривизна, а значит и оптическая сила увеличиваются, и изображение опять оказывается на сетчатке.
Рыбы, насекомые, рептилии, птицы, кролики и лошади проводят свою жизнь на открытых пространствах, где необходимо видение всего, что происходит вокруг — панорамное зрение. И именно этому способствует их боковое расположение глаз. Люди и крупные млекопитающие (приматы, тигры, медведи) подчас проживают в среде, перегруженной мелкими деталями и препятствиями. Их глаза устремились к передней части головы и стали смотреть вперёд прямо перед собой. И хотя они утратили возможность видеть то, что происходит у них за спиной, они получили способность смотреть, например, сквозь листву, что находится перед ними.
БЛИЗОРУКОСТЬ И ДАЛЬНОЗОРКОСТЬ
У человека с хорошим (нормальным) зрением глаз в ненапряжённом состоянии собирает параллельные лучи в точке, лежащей на сетчатке глаза. Наиболее распространены два недостатка зрения — близорукость и дальнозоркость.
Близорукость — это недостаток зрения, при котором параллельные лучи после преломления в глазу собираются не на сетчатке, а ближе к хрусталику. Близорукие люди не могут чётко видеть удалённые предметы. Расстояние наилучшего зрения для близорукого глаза меньше 25 см.
Дальнозоркость — это недостаток зрения, при котором параллельные лучи после преломления в глазу собираются не на сетчатке, а за ней.
Дальнозорким людям трудно сфокусировать взгляд на близких предметах. Расстояние наилучшего зрения для дальнозоркого глаза больше 25 см.
Близорукость и дальнозоркость исправляют с помощью соответствующих линз. При близорукости для того, чтобы изображение отодвинулось от хрусталика и переместилось на сетчатку, следует уменьшить оптическую силу преломляющей системы глаза. Для этого применяют рассеивающие (вогнутые) линзы. При дальнозоркости изображение оказывается за сетчаткой. Оптическую силу системы дальнозоркого глаза надо увеличить. Для этого используют собирающие (выпуклые) линзы.
Аккомодация имеет предел. Если расположить предмет совсем близко, то мышцы не способны сжать хрусталик до получения на сетчатке чёткого изображения. Нормальный глаз может длительно без особого напряжения рассматривать предметы, расположенные от него не ближе 25 см. Это расстояние называют расстоянием наилучшего видения.
Зрение — очень сложный процесс. Это особенно ясно, когда сталкиваешься с неожиданными эффектами зрительного восприятия. Сегодня существует большое количество разнообразных изображений, которые принято называть зрительными иллюзиями или невозможными фигурами.
Вы смотрели Конспект по физике для 9 класса «Глаз как оптическая система».
Вернуться к Списку конспектов по физике (Оглавление).