Оптическая система глаза создает на сетчатке
2.1.1. Строение глаза
На рисунке 2.1. изображен разрез глазного яблокаи показаны основные детали глаза.
Рис. 2.1. Горизонтальный разрез правого глаза.
Глаз представляет собой шаровидное тело (глазное яблоко), почти полностью покрытое непрозрачной твердой оболочкой (склерой). В передней части глаза оболочка переходит
в выпуклую и прозрачную роговицу. Склера и роговица обуславливают форму глаза, защищают его и служат местом крепления глазодвигательных мышц. Диаметр всего глазного яблока около
22-24 мм, масса 7-8 г.
Тонкая сосудистая пластинка (радужная оболочка) является диафрагмой, ограничивающей проходящий пучок лучей. Через отверстие в радужной оболочке (зрачок) свет проникает
в глаз. В зависимости от величины падающего светового потока диаметр зрачка может изменяется от 1 до 8 мм.
Помимо сосудов радужная оболочка содержит большое количество пигментных клеток, в зависимости от их содержания и глубины залегания радужная оболочка имеет различный цвет. Когда
в радужной оболочке нет никакого цветного вещества, то она кажется красной от крови, заключенной в пронизывающих ее кровеносных сосудах. В этом случае глаза плохо защищены от света и иногда страдают
светобоязнью (альбинизмом), но в темноте превосходят по остроте зрения глаза с темной окраской.
Хрусталик представляет собой двояковыпуклую эластичную линзу, которая крепится на мышцах ресничного тела. Ресничное тело обеспечивает изменение формы хрусталика. Хрусталик
разделяет внутреннюю поверхность глаза на две камеры: переднюю камеру, заполненную водянистой влагой, и заднюю камеру, заполненную стекловидным телом.
Внутренняя поверхность задней камеры покрыта сетчаткой, представляющей собой светочувствительный слой. Получаемое светочувствительными элементами сетчатки раздражение передается
волокнам зрительного нерва и по ним достигает зрительных центров мозга. Между сетчаткой и склерой находится тонкая сосудистая оболочка, состоящая из сети кровеносных сосудов, питающих
глаз.
Место входа зрительного нерва представляет собой слепое пятно. Немного выше расположено желтое пятно – участок наиболее ясного видения. Линия, проходящая через центр
желтого пятна и центр хрусталика, называется зрительной осью. Она отклонена от оптической оси глаза на угол около 5°.
2.1.2. Упрощенная оптическая схема
глаза
Поток излучения, отраженный от наблюдаемого предмета, проходит через оптическую систему глаза и фокусируется на внутренней поверхности глаза – сетчатой оболочке, образуя на ней
обратное и уменьшенное изображение (мозг «переворачивает» обратное изображение, и оно воспринимается как прямое). Оптическую систему глаза составляют роговица, водянистая влага, хрусталик и стекловидное
тело (рис. 2.2). Особенностью этой системы является то, что последняя среда, проходимая светом непосредственно перед образованием изображения на сетчатке, обладает показателем преломления,
отличным от единицы. Вследствие этого фокусные расстояния оптической системы глаза во внешнем пространстве (переднее фокусное расстояние) и внутри глаза (заднее фокусное расстояние) неодинаковы.
Рис. 2.2. Оптическая система глаза.
Преломление света в глазе происходит главным образом на его внешней поверхности – роговой оболочке, или роговице, а также на поверхностях хрусталика. Радужная оболочка определяет
диаметр зрачка, величина которого может изменяться непроизвольным мышечным усилием от 1 до 8 мм.
Оптическая система глаза чрезвычайно сложна, поэтому при расчетах хода лучей обычно пользуются упрощенными, эквивалентными истинному глазу «схематическими глазами». В таблице 2.1
приведены данные для аккомодированного и не аккомодированного глаза.
| № | В состоянии покоя | В состоянии наибольшей аккомодации | ||||
| пов-ти | радиус кривизны | осевое расстояние | показатель преломления | радиус кривизны | осевое расстояние | показатель преломления |
| 1 | 7,7 | 0,5 | 1,376 | 7,7 | 0,5 | 1,376 |
| 2 | 6,8 | 3,1 | 1,336 | 6,8 | 2,7 | 1,336 |
| 3 | 10,0 | 3,6 | 1,386 | 5,33 | 4,0 | 1,386 |
| 4 | -6,0 | 15 | 1,336 | -5,33 | 15 | 1,336 |
| Оптическая сила | Оптическая сила | |||||
Таблица 2.1. Данные «схематического глаза».
Оптическая сила глаза вычисляется как обратное фокусное расстояние:
где – заднее фокусное расстояние глаза, выраженное в метрах.
2.1.3. Аккомодация
Аккомодация – это способность глаза приспосабливаться к четкому различению предметов, расположенных на разных расстояниях от глаза.
Аккомодация происходит путем изменения кривизны поверхностей хрусталика при помощи натяжения или расслабления ресничного тела. Когда ресничное тело натянуто, хрусталик растягивается
и его радиусы кривизны увеличиваются. При уменьшении натяжения мышцы хрусталик под действием упругих сил увеличивает свою кривизну.
В свободном, ненапряженном состоянии нормального глаза на сетчатке получаются ясные изображения бесконечно удаленных предметов, а при наибольшей аккомодации видны самые близкие
предметы.
Положение предмета, при котором создается резкое изображение на сетчатке для ненапряженного глаза, называют дальней точкой глаза.
Положение предмета, при котором создается резкое изображение на сетчатке при наибольшем возможном напряжении глаза, называют ближней точкой глаза.
При аккомодации глаза на бесконечность задний фокус совпадает с сетчаткой. При наибольшем напряжении на сетчатке получается изображение предмета, находящегося на расстоянии около
9 см (рис. 2.4).
Разность обратных величин расстояний между ближней и дальней точкой называют диапазоном аккомодации глаза (измеряется в дптр).
С возрастом способность глаза к аккомодации постепенно уменьшается. Скажем, в возрасте 20 лет для среднего глаза ближняя точка находится на расстоянии около 10 см (диапазон аккомодации
10 дптр), в 50 лет ближняя точка располагается на расстоянии уже около 40 см (диапазон аккомодации 2.5 дптр), а к 60 годам уходит на бесконечность, то есть аккомодация прекращается. Это явление
называется возрастной дальнозоркостью или пресбиопией.
Расстояние наилучшего зрения – это расстояние, на котором нормальный глаз испытывает наименьшее напряжение при рассматривании
деталей предмета.
В среднем расстояние наилучшего зрения составляет около
25-30 см, хотя для каждого человека оно может быть индивидуальным.
Источник
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 изображения
Наглядный 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
Орган зрения — глаз — представляет не просто оптическую систему. Это целый мир, в котором есть цвет, солнце, красивые люди. К тому же само строение глаза фантастично, настолько он сложен. Интересен вопрос о том, как устроена и что включает оптическая система. Чтобы световой луч достиг своей цели, он должен пройти четыре сложные среды. В них он преломляется и передает информацию в мозг для анализирования.
Оптическая система глаза включает роговицу, камерную влагу, хрусталик и стекловидное тело. Все они представляют линзы, созданные природой из биологических материалов. Но так как характеристики сред и волокон различные у каждого из оптических приспособлений, то и показатель преломления света будет отличаться. В норме такая особенность природных линз обеспечивает человеку идеальное зрение. Однако любые патологические или физиологические изменения, происходящие в организме, могут существенно повлиять на эту способность.
Нормальный глаз имеет форму практически правильной сферы. Различные заболевания видоизменяют его форму в горизонтальный или вертикальный эллипс, что существенно влияет на остроту и фокусировку зрения.
Роговица
Оптическая система и рефракция глаза начинаются с роговицы — преломляющей линзы, которая, кроме прямого назначения, выполняет также защитную функцию для органа зрения. Можно сравнивать строение глаза с фотоаппаратом. В таком случае роговица — не что иное, как его объектив. Световые пучки преломляются на ее передней поверхности, если между ней и водянистой влагой не имеется воздуха. Такое возможно при оперативных вмешательствах.
Роговица при детальном рассмотрении состоит из пяти слоев, что способствует поддержанию постоянного уровня ее прозрачности. Здоровая линза должна быть круглой, блестящей, видимых кровеносных сосудов быть не должно.
Камерная влага
Оптическая система глаза включает в себя важнейшую биологическую среду — водянистую влагу. Это бесцветная вязкая жидкость, заполняющая собой переднюю и заднюю глазные камеры. Каждый день продуцируется новая порция внутриглазной жидкости, а отработанное количество через шлеммов канал выводится в кровоток.
Камерная влага, помимо преломляющей функции, выполняет еще и питательную, насыщая все элементы глаза аминокислотами. Затруднение выхода ее из камеры влечет развитие глаукомы.
Хрусталик
Глаз как оптическая система снабжен преломляющим элементом, который выполняет функцию рефракции. Это хрусталик. Его можно рассматривать как самостоятельный орган, сложный по строению и важнейший по функциям.
Хрусталик имеет вид полутвердой субстанции без сосудов. Он находится сразу за радужной оболочкой и отвечает за передачу четкого отображения увиденной картинки в границы желтого пятна на сетчатку.
Хрусталик имеет несколько различных слоев и капсульную сумку, которая со временем может утолщаться и вызывать помутнение на поверхности тела.
Стекловидное тело
Оптическая система глаза включает в свой состав стекловидное тело, которое фактически ее замыкает. Оно имеет множество важных функций. Наличие оптической позволяет лучу проходить от хрусталика, который плавает в вязкой жидкости тела, до сетчатки.
И это далеко не все составляющие элементы органа зрения. Попробуем разобраться, что не входит в оптическую систему глаза.
Склера
Роговица пропускает свет. Она прозрачная. Невидимая часть наружной оболочки глаза белая, сравнима с яичным белком. Выполняет защитную и ограничительную функции.
Радужка
Является частью сосудистой оболочки глаза, причем сама полностью их лишена. Это единственный элемент организма, питание которого происходит без участия кровеносной системы. В центре цветной радужной оболочки располагается зрачок, который под действием света может сужаться и расширяться. Эта особенность необходима для нормального зрения, так как обеспечивает прохождение светового луча идеального диаметра.
Цилиарное тело
Соединительное звено между задней поверхностью радужки и хориоидеей. Цилиарное тело имеет отростки, которые выполняют очень важные функции. Во-первых, они продуцируют внутриглазную жидкость, во-вторых, поддерживают хрусталик в подвешенном состоянии.
Сетчатка
Это самый сложный, многослойный элемент органа зрения. Сетчатка — природный сенсор, который является периферийной частью анализатора. Именно здесь происходит восприятие цвета и света. Сетчатка очень тонкая и чувствительная, держится за счет эпителиальных связок, прижимаясь дополнительно стекловидным телом. Глаз как оптическая система использует сетчатку для фиксации изображения и передачи его по зрительному нерву в мозг.
Природа создала людей идеальными. В строении сетчатки различают колбочковые и палочковые клетки. Первые различают цветное изображение, а вторые отвечают за зрение в сумерках, но они значительно чувствительней. При тончайшем рассмотрении ретина состоит из 10 различных по строению слоев, причем 9 из них абсолютно прозрачные.
Оптическая система глаза включает природный проектор, преломляя световой луч и фокусируя его особым образом через хрусталик на сетчатку. Интересно, что изображение отпечатывается на ней в перевернутом виде. Все окружающее, что видит глаз, анализирует и воспроизводит область головного мозга, отвечающая за зрение. Именно там картинка переворачивается в нормальное, привычное нам, положение.
Считается, что у новорожденных другая оптическая система глаза. Особенности и свойства детского зрения отличаются неразвитостью рефракции и цветового восприятия, то есть все изображения, которые видят дети, перевернутые и обесцвеченные. Способность осознавать зрительные иллюстрации в правильной форме развивается лишь к 6-7 месяцам!
Интересные факты
Оптическая система глаза включает уникальные преломляющие инструменты, но она ничто, если не работает зрительный анализ. Интересно, что существует всего три цвета: зеленый, красный, синий. Глаз воспринимает, а мозг причудливым образом производит их анализ и выдает в виде различных тонких оттенков.
Белый цвет — это не что иное, как смешение зеленого, красного и синего. Невероятно? Так считают ученые. По этим же утверждениям, черного цвета не существует совсем — это всего лишь пустота. Верить этому или нет, каждый человек решает сам.
На что еще способен глаз? Очень на многое. Например, он может различить от 5 до 10 млн оттенков, но почему-то этого не делает. Ничтожное количество цвета, около 150 тонов — вот чего можно добиться долгими тренировками.
Источник
