Оптическая система глаза строит изображение далеких предметов сетчаткой

Глаз как оптическая система (0)_(0)

Оптическая система глаза строит изображение далеких предметов сетчаткой

Еще на уроках физике в 9 классе мы встречали оптические системы, всем нам говорили, что глаз это тоже сложнейшая оптическая система.

И вправду глаз – это сложный и важный орган, который позволяет нам познавать визуальную составляющую нашего мира, но как же в самом деле выглядит орган чувств с точки зрения физики? В этой статье мы попытаем рассказать просто о сложном, чтобы было весело и интересно одновременно. 🙂

Глаз в виде схемы

Вот она, схема глаза

Выглядит сложно, очень заумно и так далее. Нас же все таки интересуют части составляющие оптической системы, но тем не менее некоторые моменты здесь стоит пояснить.

Склера – это такая наружная защитная оболочка глаза, выполняющая также опорную функцию.

Роговица – напарник склеры. Это первое препятствие, что встречает свет на своем пути. Это прозрачная оболочка, которая в купе со своим непрозрачным товарищем (склерой) образуют форму глаза, защищают его и служат местом крепления глазодвигательных мышц.

Радужная оболочка – это диафрагма, которая ограничивает проходящий пучок лучей. А отверстие в этой радужной оболочке, что делает ее менее радужной в центре, называется зрачком, через который как раз и проходит этот световой пучок.

Хрусталик представляет собой двояковыпуклую эластичную линзу, которая крепится на мышцах ресничного тела. Это самое ресничное тело изменяет форму хрусталика (для чего? Скоро узнаем!). Хрусталик разделяет внутреннюю поверхность глаза на две камеры: переднюю камеру, заполненную водянистой влагой, и заднюю камеру, заполненную стекловидным телом.

Сетчатка – это светочувствительная поверхность глаза. Когда на эту поверхность попадает свет, он раздражает наши нервишки и они доставляют информацию до мозга).

Сосудистая оболочка – область заполненная кровянистыми сосудами, которые питают наши глазки, так сказать местная столовая. Находится между склерой и сетчаткой.

Наверное вы устали уже читать, пора перейти к небольшой практической части, не все же зубрить всякие определения!

Поговорим с вами о слепом пятне – это место где все нервные волокна от рецепторов идут к слепому пятну поверх сетчатки и собираются в зрительный нерв, где все они вместе садятся на автобус до нашего головного мозга, транспортный узел так сказать. 🙂 Поэтому это место не является чувствительным к свету, если пучок света попадает на эту область, мы не различаем объект от которого отражается этот свет.

Между прочим каждый человек может доказать на практике наличие этого транспортного узла у себя. Давайте проведем практическую работу:

Это наша лабораторная установка!

Чтобы наблюдать у себя слепое пятно, закройте правый глаз и левым глазом посмотрите на правый крестик, который обведён кружочком. Держите лицо и монитор вертикально.

Не сводя взгляда с правого крестика, приближайте (или отдаляйте) лицо от монитора и одновременно следите за левым крестиком (не переводя на него взгляд). В определённый момент он исчезнет. Аналогичный опыт можно провести и с правым глазом.

(Можете приближать и отодвигать смартфон)

Попробовали? Мы сами были в шоке!

Немного выше расположено желтое пятно – участок наиболее ясного видения. Это пятно будет скучней чем его слепой брат ¯\_(ツ)_/¯

Что то мы задержались на скучных определениях. Но как бы то ни было это нам стоит знать, чтобы примерно понимать поле боя со световыми лучами.

Перейдем теперь к оптической схеме!

Поток излучения, отраженный от наблюдаемого предмета, проходит через оптическую систему глаза и попадает на сетчатку глаза, притом изображение получается перевернутое и уменьшенное (но наш мозг настолько хорош, что он переворачивает это же изображение и мы воспринимаем его как прямое).

Так как среда глаза имеет показатель преломления отличный от единицы, то пучок света мало того что проходит через роговицу (представляющую собой местную собирающую линзу) и остальные части глаза, тем самым преломляясь, он еще изменяет свой ход из за того что соответственно проходит через собирающую линзу. Поэтому получается то, что показано на рисунке.

Это конечно же все прекрасно, но ведь мы же все понимаем, что человек то видит картинку всегда четко, как же так получается? На это влияет совокупность факторов и наших с вами человеческих особенностей, которые позволяют нам непроизвольно изменять нашу оптическую систему, дабы видеть офигенную картинку!

Адаптация

Адаптация, хм, адаптация. Что это такое? Но давайте начнем не сколько с адаптации, сколько со света. Радужная оболочка – это своего рода барьер препятствующий прохождению света, а зрачок – просто отверстие для светового потока.Человек каждый день бывает в десятках мест.

А в разных местах, разное что? Правильно! Интенсивность светового потока. Мне кажется это и ежу понятно, что есть определенная разница между кромешной тьмой в подвале дачного дома, где вы храните закатки с огурцами и хорошо освещенной комнатой.

Поэтому чтобы хоть что то видеть в кромешной тьме, глаз человека должен приспосабливаться к недостатку света, он расширяет зрачки, тем самым увеличивая проходимый световой поток, благодаря чему спустя минуту мы уже видим очертания наших банок с огурцами и помидорками.

А если нам посветить фонариком в глаза, зрачок сужается, зачем на столько света?! Ей богу!

Поэтому способность глаза приспосабливаться к различным условиям освещения называется адаптацией! С физической точки зрения можно назвать это контролем количества света, который принимают наши глазки)

Аккомодация

С разными условиями освещения разобрались. Теперь разберемся с оптической силой наших глаз. Мы все с вами прыгаем, бегаем, носимся, в общем изменяем нашу координату в пространстве.

Взять допустим пределы комнаты 5 на 5, зафиксируем наш взгляд на одном объекте и будем изменять наши координаты, не меняя объекта для наблюдения.

Походили вокруг до около и заметили, что картинка то четенькая, а расстояние до объекта меняется.

Что же такое делает глаз? Ну мы уже знаем, что у нас есть такая клевая штука, как хрусталик. Он же представляет собой двояковыпуклую эластичную линзу, которая под действием ресничных мышц, изменяет свою форму, тем самым меняя оптическую силу, отсюда меняя расстояние до изображения падающего на сетчатку. Можно это описать изменения формулой из школьного курса физики:

Формула оптической силы линзы. D – оптическая сила. d – расстояние до объекта, f – расстояние до изображенияНаглядный пример аккомодации

Однако у хрусталика то все же есть свои пределы. Эти пределы называются:
Дальняя  точка  ясного  видения – это максимальное расстояние, на котором глаз четко видит предмет. (для нормального глаза – ~ 5 метров)

Ближняя точка ясного видения – это минимальное расстояние, на котором глаз четко видит предмет. (~ 10 см)

А расстоянием наилучшего зрения называется расстояние, на котором глаз человека видит четко предмет, без напряжения, когда хрусталик может отдохнуть. Это примерно 25 см, расстояние до книги при чтении!!

Глаз – сложнейшая оптическая система и одновременно безумно интересная! Как же все таки удивителен наш мир! Надеюсь вам было интересно читать эту статью, и что вы узнали что то новое для себя! Соблюдайте расстояние наилучшего зрения и узнавайте каждый день что то новое! 🙂

Больше интересного в Telegram канале: https://t.me/obychaitec

Поделитесь статьей с друзьями!

Источник: https://zen.yandex.ru/media/id/5ca0f7885c7f3a00b45cebe3/glaz-kak-opticheskaia-sistema-00-5ca111932aee0400b3d1c155

Глаз человека

Оптическая система глаза строит изображение далеких предметов сетчаткой

 
Автор — профессиональный репетитор, автор учебных пособий для подготовки к ЕГЭ Игорь Вячеславович Яковлев

Темы кодификатора ЕГЭ: глаз как оптическая система.

Глаз – удивительно сложная и совершенная оптическая система, созданная природой. Сейчас мы в общих чертах узнаем, как функционирует человеческий глаз. Впоследствии это позволит нам лучше понять принципы работы оптических приборов; да, кроме того, это интересно и важно само по себе.

Строение глаза

Мы ограничимся рассмотрением лишь самых основных элементов глаза. Они показаны на рис. 1 (правый глаз, вид сверху).

Рис. 1. Строение глаза

Лучи, идущие от предмета (в данном случае предметом является фигура человека), попадают на роговицу – переднюю прозрачную часть защитной оболочки глаза.

Преломляясь в роговице и проходя сквозь зрачок (отверстие в радужной оболочке глаза), лучи испытывают вторичное преломление в хрусталике.

Хрусталик является собирающей линзой с переменным фокусным расстоянием; он может менять свою кривизну (и тем самым фокусное расстояние) под действием специальной глазной мышцы.

Преломляющая система роговицы и хрусталика формирует на сетчатке изображение предмета. Сетчатка состоит из светочувствительных палочек и колбочек – нервных окончаний зрительного нерва. Падающий свет вызывает раздражение этих нервных окончаний, и зрительный нерв передаёт соответствующие сигналы в мозг. Так в нашем сознании формируются образы предметов – мы видим окружающий мир.

Ещё раз взгляните на рис. 1 и обратите внимание, что изображение разглядываемого предмета на сетчатке – действительное, перевёрнутое и уменьшенное. Так получается потому, что предметы, рассматриваемые глазом без напряжения, расположены за двойным фокусом системы роговица-хрусталик (помните случай для собирающей линзы?).

То, что изображение является действительным, понятно: на сетчатке должны пересекаться сами лучи (а не их продолжения), концентрируя световую энергию и вызывая раздражения палочек и колбочек.

Насчёт того, что изображение является уменьшенным, тоже вопросов не возникает. А каким же ему ещё быть? Диаметр глаза равен примерно 25 мм, а поле нашего зрения попадают предметы куда большего размера. Естественно, глаз отображает их на сетчатке в уменьшенном виде.

Но вот как быть с тем, что изображение на сетчатке является перевёрнутым? Почему же тогда мы видим мир не вверх ногами? Здесь подключается корректирующее действие нашего мозга. Оказывается, кора головного мозга, обрабатывая изображение на сетчатке, переворачивает картинку обратно! Это установленный факт, проверенный экспериментами.

Как мы уже сказали, хрусталик – это собирающая линза с переменным фокусным расстоянием. Но зачем хрусталику менять своё фокусное расстояние?

Аккомодация

Представьте себе, что вы смотрите на приближающегося к вам человека. Вы всё время чётко его видите. Каким образом глазу удаётся это обеспечивать?

Чтобы лучше понять суть вопроса, давайте вспомним формулу линзы:

.

В данном случае – это расстояние от глаза до предмета, – расстояние от хрусталика до сетчатки, – фокусное расстояние оптической системы глаза. Величина является неиз
менной, поскольку это геометрическая характеристика глаза. Следовательно, чтобы формула линзы оставалась справедливой, вместе с расстоянием до разглядываемого предмета должно меняться и фокусное расстояние .

Например, если предмет приближается к глазу, то уменьшается, поэтому и должно
уменьшаться. Для этого глазная мышца деформирует хрусталик, делая его более выпуклым и уменьшая тем самым фокусное расстояние до нужной величины. При удалении предмета, наоборот, кривизна хрусталика уменьшается, а фокусное расстояние возрастает.

Описанный механизм самонастройки глаза называется аккомодацией. Итак, аккомодация – это способность глаза отчётливо видеть предметы на различных расстояниях. В процессе аккомодации кривизна хрусталика меняется так, что изображение предмета всегда оказывается на сетчатке.

Аккомодация глаза совершается бессознательно и очень быстро. Эластичный хрусталик может легко менять свою кривизну в определённых пределах.

Этим естественным пределам деформации хрусталика отвечает
область аккомодации – диапазон расстояний, на которых глаз способен чётко видеть предметы.

Область аккомодации характеризуется своими границами -дальней и ближней точками аккомодации.

Дальняя точка аккомодации (дальняя точка ясного видения) – это точка нахождения предмета, изображение которого на сетчатке получается при расслабленной глазной мышце, т. е. когда хрусталик не деформирован.

Ближняя точка аккомодации (ближняя точка ясного видения) – это точка нахождения предмета, изображение которого на сетчатке получается при наибольшем напряжении глазной мышцы, т. е. при максимально возможной деформации хрусталика.

Дальняя точка аккомодации нормального глаза находится на бесконечности: в ненапряжённом состоянии глаз фокусирует параллельные лучи на сетчатке (рис. 2, слева). Иными словами, фокусное расстояние оптической системы нормального глаза при недеформированном хрусталике равно расстоянию от хрусталика до сетчатки.

Ближняя точка аккомодации нормального глаза расположена на некотором расстоянии от него (рис. 2, справа; хрусталик максимально деформирован). Это расстояние с возрастом увеличивается. Так, у десятилетнего ребёнка см; в возрасте 30 лет см; к 45 годам ближняя точка аккомодации находится уже на расстоянии 20–25 см от глаза.

Рис. 2. Дальняя и ближняя точки аккомодации нормального глаза

Теперь мы переходим к простому, но очень важному понятию угла зрения. Оно является ключевым для понимания принципов работы различных оптических приборов.

Угол зрения

Когда мы хотим получше рассмотреть предмет, мы приближаем его к глазам. Чем ближе предмет, тем больше его деталей оказываются различимыми. Почему так получается?

Давайте посмотрим на рис. 3. Пусть стрелка – рассматриваемый предмет, – оптический центр глаза. Проведём лучи и (которые не преломляются) и получим на сетчатке изображение нашего предмета – красную изогнутую стрелочку.

Рис. 3. Предмет далеко, угол зрения мал

Угол называется углом зрения. Если предмет расположен далеко от глаза, то угол зрения мал, и размер изображения на сетчатке также оказывается малым.

Рис. 4. Предмет близко, угол зрения велик

Но если предмет расположить ближе, то угол зрения увеличивается (рис. 4). Соответственно увеличивается и размер изображения на сетчатке. Сравните рис. 3 и рис. 4 – во втором случае изогнутая стрелочка оказывается явно длиннее!

Размер изображения на сетчатке – вот что важно для подробного разглядывания предмета. Сетчатка, напомним, состоит из нервных окончаний зрительного нерва.

Поэтому чем крупнее изображение на сетчатке, тем больше нервных окончаний раздражается идущими от предмета световыми лучами, тем больший поток информации о предмете направляется по зрительному нерву в мозг – и, следовательно, тем больше подробностей мы различаем, тем лучше мы видим предмет!

Ну а размер изображения на сетчатке, как мы уже убедились из рисунков 3 и 4, напрямую зависит от угла зрения: чем больше угол зрения, тем крупнее изображение. Поэтому вывод: увеличивая угол зрения, мы различаем больше подробностей рассматриваемого объекта.

Вот почему мы одинаково плохо видим как мелкие объекты, пусть и находящиеся рядом, так и крупные объекты, но расположенные далеко. В обоих случаях угол зрения мал, и на сетчатке раздражается небольшое число нервных окончаний.

Известно, кстати, что если угол зрения меньше одной угловой минуты (1/60 градуса), то раздражается лишь одно нервное окончание. В этом случае мы воспринимаем объект просто как точку, лишённую деталей.

Расстояние наилучшего зрения

Итак, приближая предмет, мы увеличиваем угол зрения и различаем больше деталей. Казалось бы, оптимального качества видения мы достигнем, если расположим предмет максимально близко к глазу – в ближней точке аккомодации (в среднем это 10–15 см от глаза).

Однако мы так не поступаем. Например, читая книгу, мы держим её на расстоянии примерно 25 см. Почему же мы останавливаемся на этом расстоянии, хотя ещё имеется ресурс дальнейшего увеличения угла зрения?

Дело в том, что при достаточно близком расположении предмета хрусталик чрезмерно деформируется. Конечно, глаз ещё способен чётко видеть предмет, но при этом быстро утомляется, и мы испытываем неприятное напряжение.

Величина см называется расстоянием наилучшего зрения для нормального глаза. При таком расстоянии достигается компромисс: угол зрения уже достаточно велик, и в то же время глаз не утомляется ввиду не слишком большой деформации хрусталика. Поэтому с расстояния наилучшего зрения мы можем полноценно созерцать предмет в течении весьма долгого времени.

Близорукость

Напомним, что фокусное расстояние нормального глаза в расслабленном состоянии равно расстоянию от оптического центра до сетчатки. Нормальный глаз фокусирует параллельные лучи на сетчатке и поэтому может чётко видеть удалённые предметы, не испытывая напряжения.

Близорукость – это дефект зрения, при котором фокусное расстояние расслабленного глаза меньше расстояния от оптического центра до сетчатки. Близорукий глаз фокусирует параллельные лучи перед сетчаткой, и от этого изображения удалённых объектов оказываются размытыми (рис. 5; хрусталик не изображаем).

Рис. 5. Близорукость

Потеря чёткости изображения наступает, когда предмет находится дальше определённого расстояния. Это расстояние соответствует дальней точке аккомодации близорукого глаза. Таким образом, если у человека с нормальным зрением дальняя точка аккомодации находится на бесконечности, то у близорукого человека дальняя точка аккомодации расположена на конечном расстоянии перед ним.

Соответственно, ближняя точка аккомодации у близорукого глаза находится ближе, чем у нормального.

Расстояние наилучшего зрения для близорукого человека меньше 25 см. Близорукость корректируется с помощью очков с рассеивающими линзами.

Проходя через рассеивающую линзу, параллельный пучок света становится расходящимся, в результате чего изображение бесконечно удалённой точки отодвигается на сетчатку (рис. 6).

Если при этом мысленно продолжить расходящиеся лучи, попадающие в глаз, то они соберутся в дальней точке аккомодации .

Рис. 6. Коррекция близорукости с помощью очков

Таким образом, близорукий глаз, вооружённый подходящими очками, воспринимает параллельный пучок света как исходящий из дальней точки аккомодации. Вот почему близорукий человек в очках может отчётливо рассматривать удалённые предметы без напряжения в глазах. Из рис. 6 мы видим также, что фокусное расстояние подходящей линзы равно расстоянию от глаза до дальней точки аккомодации.

Дальнозоркость

Дальнозоркость – это дефект зрения, при котором фокусное расстояние расслабленного глаза больше расстояния от оптического центра до сетчатки.

Дальнозоркий глаз фокусирует параллельные лучи за сетчаткой, отчего изображения удалённых объектов оказываются размытыми (рис. 7).

Рис. 7. Дальнозоркость

На сетчатке же фокусируется сходящийся пучок лучей.

Поэтому дальняя точка аккомодации дальнозоркого глаза оказывается мнимой: в ней пересекаются мысленные продолжения лучей сходящегося пучка, попадающего на глаз (мы увидим это ниже на рис. 8).

Ближняя точка аккомодации у дальнозоркого глаза расположена дальше, чем у нормального.Расстояние наилучшего зрения для дальнозоркого человека больше 25 см.

Дальнозоркость корректируется с помощью очков с собирающими линзами. После прохождения собирающей линзы параллельный пучок света становится сходящимся и затем фокусируется на сетчатке (рис. 8).

Рис. 8. Коррекция дальнозоркости с помощью очков

Параллельные лучи после преломления в линзе идут так, что продолжения преломлённых лучей пересекаются в дальней точке аккомодации . Поэтому дальнозоркий человек, вооружённый подходящими очками, будет отчётливо и без напряжения рассматривать удалённые предметы. Мы также видим из рис. 8, что фокусное расстояние подходящей линзы равно расстоянию от глаза до мнимой дальней точки аккомодации.

Источник: https://ege-study.ru/ru/ege/materialy/fizika/glaz-cheloveka/

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.