Дефекты зрения и их коррекция физика

Таким образом, глаз представляет собой совокупность трех отделов; периферийный отдел включает оптическую и световоспринимающую системы.

Какие же из перечисленных нами элементов образуют оптическую систему глаза?

(-роговица + передняя глазная камера, -хрусталик + задняя глазная камера).

Давайте более подробно остановимся на строении и оптических характеристиках этих элементов и заполним таблицу:

Сообщение “Оптическая система глаза” (Слайд 7)

Таким образом, в глазу несколько преломляющих поверхностей, форма каждой из них отличается от сферической, а центры их не лежат на одной прямой. Кроме того, глазу, как любой оптической системе присущ ряд аберраций.

Сообщение “Аберрации глаза”.

Однако для практических расчетов пригодна более простая модель глаза, так называемый редуцированный глаз.В нем только одна преломляющая поверхность – роговица.

Весь глаз наполнен однородной средой с одним показателем преломления. (Слайд 8)

3. Построение изображения в глазе.

Давайте, используя законы геометрической оптики, построим изображение в редуцированном глазе.

Дайте характеристику изображения предмета на сетчатке глаза:

Практическая работа № 1

Тема исследования: “Наблюдение изображения тени на сетчатке глаза”

Доказать, что изображение предмета на сетчатке глаза является перевернутым.

1. лист черной бумаги 4060 мм с отверстием 60 мм

2. лист черной бумаги треугольной формы со стороной 30 мм

1. Поднести к глазу на расстояние 5-7 см лист черной бумаги с малым отверстием и посмотрите через него на хорошо освещенный предмет (окно, лампа). Между отверстием в бумаге и глазом расположите листочек бумаги треугольной формы так, чтобы его острый угол был виден на фоне светлого кружка.

2. Перемешайте медленно листочек бумаги треугольной формы вверх, вниз, влево, вправо, и каждый раз следите за направлением движения его тени.

1. Какое вы видели изображение тени от листочка бумаги, прямое или обратное

2. В какую сторону двигалось тень от листочка относительно направления его перемещения?

Вывод: Сделайте вывод о характеристиках изображения предмета на сетчатке глаза

Особенность глаза видеть перевернутое изображение исправляется с помощью обучения и тренировки, в которой участвуют не только зрительные, но и другие анализаторы. Среди них главную роль играют органы равновесия, мышечного и кожного чувства. В результате взаимодействия этих анализаторов возникают целостные образы внешних предметов и явлений.

Итак, мы обсудили получение изображения предмета на сетчатке глаза с точки зрения законов современной теории. Однако проблема зрительного восприятия уже в течение многих веков является предметом исследований ученых.

Сообщение “Развитие взглядов на теорию зрительного восприятия”. (Слайд 9-14)

4. Возможности глаза человека.

Но как же справляется со своими задачами глаз?

Например, как же человек воспринимает образ предмета в целом?

Давайте более подробно остановимся на этом вопросе.

Сообщение “Движение глаз и восприятие образа” (Слайд 15)

Почему же глаз при рассматривании большого объекта не видит его в целом, а вынужден обегать все точки его видимой поверхности. Оказывается глаз видит в пределах определенного пространства, так называемого его поля зрения. Что же это за характеристика зрения? Сообщение “Поле зрения глаза человека” (Слайд 16)

Почему человек может видеть и близко, и далеко расположенные предметы?

Сообщение “Аккомодация” (Слайд 17,18)

Практическая работа № 2

Тема исследования: ““Аккомодация глаза”

1. Установить назначение аккомодации глаза.

2. Определить пределы аккомодации и расстояние наилучшего зрения.

3. измерительная лента

1. Расположить карандаш вертикально на расстоянии 15-20 см от глаза.

2. Смотреть одним глазом то на карандаш, то на какой-нибудь удаленный предмет.

Каким видится удаленный предмет при рассмотрении карандаша и наоборот?

3. Определить положение ближней точки аккомодации. Для этого медленно приближайте к глазу текст книги до тех пор, пока буквы перестанут быть ясно видимыми. Измерьте расстояние от глаза до книги.

4. Определить расстояние наилучшего зрения — расстояние, на котором при чтении глаз испытывает наименьшее напряжение.

5. Если ваше расстояние наилучшего зрения меньше 25 см, определите положение дальней точки.

1. Сделать вывод о способности глаза видеть четко предметы на различных расстояниях. Как достигается эта способность?

2. От чего зависят пределы аккомодации, расстояние наилучшего зрения ?

3. Запишите результаты измерений:

Эти результаты нам позднее потребуются для вычисления оптической силы глаза и очков.

Как же человек определяет объемные размеры предметов, расстояния между ними?

Сообщение “Стереоскопическое зрение”

Практическая работа № 3.

Тема исследования: “Исследование стереоскопического зрения”

Цель исследования: 1.Исследовать и объяснить бинокулярное (стереоскопическое) зрение.

Оборудование: 1. 2 карандаша

1. Расположить два карандаша вертикально против переносицы на расстоянии 25 см друг от друга.

2. Смотреть то одним глазом на карандаши, то другим. Как видны карандаши при наблюдении разными глазами? Почему? Как позволяет видеть предмет зрение двумя глазами?

3. Увеличьте расстояние между карандашами, проследите за боковым смещением карандашей. Как зависит боковое смещение от расстояния между карандашами?

4. Увеличьте максимально расстояние от глаза до карандашей. Что можно сказать о способности глаза судить о расстоянии между предметами, если они расположены очень далеко? Посмотрите обоими глазами на каждый карандаш поочередно. Что вы можете сказать об изображении карандаша, на котором не сведены оптические оси обоих глаз?

1. Сделать вывод о необходимости бинокулярного зрения.

5. Нарушение зрения и их коррекция.

Остается только восхищаться тем, что природа создала такую сложную и умеющую приспособиться к внешним условиям структуру как человеческий глаз.

Но, к сожалению, не всегда человек обладает хорошим зрением в силу разных причин.

Нарушений зрения очень много, встречаются и комбинации разных заболеваний.

Мы с вами поговорим о наиболее распространенных заболеваниях, причинах их возникновения, методах коррекции и мерах профилактики этих нарушений.

Анализируя состояние зрения учащихся класса было выявлено следующее процентное соотношении числа ребят без нарушений зрения и имеющих такие нарушения как спазм аккомодации, миопию, дальнозоркость и астигматизм.

Итак, давайте более подробно объясним в чем состоят различные нарушения зрения.

Основные выводы будем записывать в таблицу:

Сообщение “Близорукость и дальнозоркость” (Слайд 19)

Работа по рецепту очков:

D = -2,5 дптр Определить дальнюю точку глаза и расстояние наилучшего зрения.

1.если ваше расстояние наилучшего зрения 25 см, то рассчитайте на каком расстоянии вы бы читали книгу в очках с оптической силой — 3 дптр (используйте данные практической работы № 2).

2. если ваше расстояние наилучшего зрения меньше или больше 25 см — рассчитайте оптическую силу необходимых вам очков (используйте данные практической работы № 2).

Сообщение “Астигматизм” (Слайд 20)

Мы выяснили, что одним из методов коррекции зрения являются очки или контактные линзы. В чем,по-вашему состоят преимущества и недостатки их использования?

Но существует возможность не только скорректировать зрение, но и остановить его ухудшение,и даже существенно улучшить без операций. Это медикаментозные, физиотерапевтические, аппаратные методы лечения зрения. Причем, особо хочется обратить внимание на такое нарушение зрения как спазм аккомодации (имеют 24% детей в классе). Это нарушение не зря называют “ложной миопией”.Если вовремя начать лечение, то можно избежать наступления этого заболевания и вернуть зрение.

Давайте выясним каковы этапы разработки методов коррекции зрения.

Задача по научно-популярному тексту:

1… Одним из ведущих факторов развития близорукости является слаб ость аккомодации глаза, связанная с дисфункцией его аккомодационной мышцы. Поэтому в качестве главного направления по профилактике миопии рассматривается воздействие на глазную мышцу. По аналогии со спортивной медициной в офтальмологии явление спазма аккомодации требует специального лечения, направленного на проведение “физиологического массажа”.

Первым в исторической когорте данных методов являлись оптические тренировки, суть которых состояла в применении оптических стекол для “раскачки” аккомодации ( например, пациент смотрит на таблицу со стеклом +0,25 дптр, затем – 0,25 дптр, затем +0,5 дптр, затем – 0,5 дптр и т.д.) Но динамическое наблюдение за пациентами характерное отрицательное свойство данного метода ( до 3-х месяцев) период сохранения лечебного эффекта.

Вторым этапом явилось применение электростимуляции как наиболее адекватного стимула для массажа цилиарной мышцы глаза. При этом используется модулированный электрический ток.

В основе метода лежит восстановление работоспособности мышечных волокон вследствие активации процессов регенерации внутри мышечных клеток.

В 90-х годах был разработан метод трансконьюнктивальной электроофтальмостимуляции, при котором активный электрод накладывался непосредственно на коньюнктиву глазного яблока после предварительной его анестезии. Проведенные исследования показали достаточную стабильность лечебного эффекта. Но наложение линзы-электрода непосредственно на глаз приводило в ряде случаев к неблагоприятным изменениям со стороны роговицы.

Развитие лазерных технологий на рубеже веков позволило подойти к проблеме “физиологического массажа” цилиарной мышцы с оптимальных позиций.

Был разработан метод бесконтактного транссклерального облучения мышцы глаза инфракрасным лазером с использованием лазерного аппарата “ МАКДЭЛ-00.00.09”.Важными физическими характеристиками такого лазера является высокая спектральная плотность в узкой полосе частот, малая и управляемая расходимость пучка, возможность получения высокой мощности при фокусировке. Исследования показали, что в результате лазерной терапии улучшается гемодинамика, обменные процессы, снимается избыточное напряжение цилиарной мышцы.

Важно подчеркнуть факт“нечувствительности”пациента к воздействию, а также отсутствие побочных эффектов, что позволяет проводить стимуляцию практически в любом возрасте.

1. Как вы понимаете термин “раскачка” аккомодации?

2. В чем заключается механизм электростимуляции глазной мышцы?

3. В чем недостатки оптических тренировок, электростимуляции?

4. В чем заключается механизм и преимущества воздействия на глазную мышцу при лазерной терапии?

5. Какое действие лежит в основе магнитотерапии, баротерапии, электрофореза?

В чем причины и каковы меры профилактики заболеваний органов зрения?

6. Давайте подведем итоги

Итак, глаз человека – результат длительного эволюционного процесса. Он обладает несколькими свойствами, не имеющими аналогов у других живых существ на Земле: это бинокулярное восприятие глубины и способность к дневному и ночному видению. В глазу нет ничего лишнего, все возможности, предусмотренные природой используются. Дублирование функций различных систем определяет надежность устройства, без чего невозможна его длительная и безотказная работа, участие в естественном отборе и развитие. Можно утверждать, что природа, создавшая столь совершенное устройство, намного превзошла конструкторские достижения самого человека. Берегите богатство, которым наградила вас природа! Берегите зрение.

Литература:

1. Касьянов В.А. Физика 11- М.: Дрофа,2003 г.
2. Пинский А.А. Физика 11 –М.: Просвещение, 1994 г.
3. Агаджанян Н.А. Ритм жизни и здоровье. — М.: Знание, 1975.
4. Бутырский Г.А. Экспериментальные задачи по физике 10-11 класс. — М.: Просвещение, 2000..
5. Булат В.А. Оптические явления в природе. — М.: Просвещение, 1974.
6. Ильченко В.Р. Перекрестки физики, химии, биологии. — М.: Просвещение, 1986.
7. Кац Ц.Б. Биофизика на уроках физики. — М.: Просвещение, 1988.

Дефекты зрения и их коррекция

Большинство людей рождаются с хорошим и даже отличным зрением. Каковы причины его ухудшения по мере взросления и старения человека? Какие патологии в оптической системе глаза вызывают дефекты зрения? И как устранить факторы, приводящие к этим дефектам?

Наши последующие рассуждения будут более понятными, если вы ознакомитесь со строением глаза и механизмом возникновения оптического изображения, перейдя по ссылке — http://www.doklad-na-temu.ru/fizika/zrenie.htm.

Дефекты зрения

Самые распространенные глазные проблемы вызываются дефектами хрусталика и сетчатки. Основной их симптом — плохое зрение, но причины их вызывающие весьма различны.

Классификация зрительных патологий

Нормальным считается зрение, при котором пучок параллельных лучей, попадающий в глаз, фокусируется на сетчатке. При этом человек прекрасно видит как близкие, так и удаленные предметы. Это достигается за счёт изменения преломляющей силы хрусталика.

Но существует ряд причин, при которых аккомодация в полном объёме невозможна. В этом случае изображение может формироваться не на сетчатке, а либо перед ней, либо за пределами глазного яблока.

Близорукие люди хорошо видят, когда предмет располагается к глазу ближе расстояния наилучшего зрения (25 см). Дальнозоркие — наоборот более чётко различают удаленные предметы.

Очень часто дальнозоркость и близорукость отягощается астигматизмом. Это достаточно сложная патология, вызываемая нарушениями формы либо хрусталика, либо самого глаза. Человек, страдающей этим дефектом зрения, не всегда одинаково чётко видит вертикальные и горизонтальные очертания предметов, т. е. зрительные картины кажутся размытыми и искривленными. А необходимость длительного напряжения зрения при астигматизме может вызвать головную боль.

В 1794 англичанин Джон Дальтон издает небольшую книжицу, в которой описывает зрительный недуг, которым был поражен он, его три брата и сестра — они не различали красный цвет. Серьёзность этой проблемы, получившей название дальтонизма, стала очевидной, когда во Франции произошло крушение пассажирского поезда. Как оказалось, машинист, страдал цветовой слепотой, поэтому не среагировал на красный цвет светофора. Итак, дальтонизм — это полная или частичная цветовая слепота.

Человек может не различать красно-зелёные, сине-зеленые или сине-жёлтые тона. Иными словами, дальтоник воспринимает их как одинаковые цвета. Она возникает из-за отсутствия на сетчатке части колбочек, отвечающих за цветовое зрение. Чаще всего эта патология носит наследственный характер.

Коррекция дефектов зрения

Дефекты зрения могут быть вызваны разными причинами. И в зависимости от их характера используют различные методы для коррекции зрительных патологий: различные типы очков, корригирующие упражнения, хирургическое вмешательство.

Близорукость может быть вызвана врожденной патологией формы глазного яблока — тогда сетчатка слишком удалена от хрусталика. Но чаще всего причиной миопии является слишком большая преломляющая сила хрусталика.

Ослабить этот показатель можно путём ношения очков с отрицательной оптической силой. Например, —0,5 дптр или — 2 дптр.

Линзы таких очков вогнутые. Правильно подобранные очки сместят изображение на сетчатку глаза, и пациент будет видеть четкое изображение окружающих предметов. Близорукость чаще всего развивается в школьные годы. Но почему?

В школьном возрасте резко возрастает нагрузка на глаза. Работа с обычными учебниками и электронными носителями информации (компьютерами и планшетами, ридерами и телевизорами) — приводит к перенапряжению глазной мышцы. Такое постоянное нарушение зрительного режима вызывает нарушение питания глаза и неполную аккомодацию хрусталика.

Дальнозоркость чаще всего развивается у пожилых людей. В силу возрастных изменений к 40—50 годам мышцы, управляющие аккомодацией хрусталика, ослабевают, уменьшается и его эластичность. Поэтому его рефракция будет недостаточной. Дальнозоркость называют «болезнью длинных рук». Поскольку люди, страдающие дальнозоркость инстинктивно отодвигают книгу или газету подальше от глаз. При этом изображение смещается ближе к сетчатке. Человек видит немного лучше.

Радикальную помощь таким пациентам оказывает ношение очков с положительной оптической силой. Например, +1,5 дптр или +3 дптр.

Виды очков

Самыми распространенными видами являются монофокальные очки, обеспечивающие нормальное зрение лишь на определенном расстоянии. При смене деятельности — чтении, а затем рассмотрении удалённых предметов, человек часто вынужден пользоваться двумя парами очков — очки для дали и для близи. Это неудобство устраняется использованием очков с бифокальными линзами. Их стекла состоят из двух зон: верхняя для дали, а нижняя—для чтения.

Между этими зонами резкая граница, что доставляет человеку определенные неудобства. Этого недостатка лишены мультифокальные линзы, в которых оптическая сила возрастает постепенно — от верхней к нижней части.

Особого внимания заслуживают контактные линзы. Их используют как для терапевтических, так и для эстетических целей, поскольку они позволяют изменять цвет глаз. Они изготавливаются из специальных прозрачных материалов и надеваются прямо на глазное яблоко. Контактные линзы не ограничивают свободу движения и поэтому чрезвычайно удобны при занятиях спортом.

Микрохирургия глаза

К хирургическому вмешательству прибегают, когда остальные корригирующие методики не приводят к радикальному улучшению зрения. Большинство микрохирургических операций выполняют амбулаторно или прибегают к непродолжительной госпитализации больного. Например, при катаракте, когда требуется замена помутневшего хрусталика.

Офтальмологи используют современные материалы и технологии, выполняют вмешательство в тонкие структуры глаза под микроскопом.

Достаточно широкое распространение получила лазерная коррекция зрения, при которой хирург восстанавливает изменившуюся форму роговицы, возвращая изображение на сетчатку глаза.

Совсем недавно мир узнал об операциях по вживлению бионического глаза. Такое необычное устройство представляет собой очки с установленной крохотной камерой, играющие роль оптической системы глаза.

Отсутствующие у таких пациентов фоторецепторы, скомпенсированы микрочипом, снабженным несколькими десятками микроэлектродов и вживленным в зону сетчатки. С помощью электронного устройства раздражения, получаемые чипом, преобразуются в электрические импульсы и поступают в зрительный отдел мозга. Там и формируется изображение окружающих предметов. Пока пациент видит лишь их размытые чёрно-белые контуры. Но для абсолютно слепого человека это целый мир, внезапно открывший перед ним.

Как сохранить зрение

Мы подошли к очень важной части нашей беседы. Зрение — это бесценный подарок природы, которого можно лишиться при беспечном к нему отношении.

Чтобы сохранить это драгоценное окно в мир, необходимо соблюдать простые правила:

• прежде всего — позаботиться о качестве освещения;
• при чтении, работе с компьютером необходимо каждые полчаса давать глазам пятиминутный отдых и чередовать эту деятельность с играми и прогулками на свежем воздухе;
• использовать солнцезащитные очки с ультрафиолетовой защитой;
• очень важно поддерживать в тонусе глазные мышцы, выполняя специальные упражнения для глаз хотя бы раз в сутки;
• важно включать в ваш ежедневный рацион питания продукты, содержащие витамин А.

Будьте уверены — ваше зрение благодарно отзовется за проявленную заботу. Выполнение наших советов должно стать таким же обязательным ритуалом как ежедневная гигиена. И тогда вы сохраните прекрасное зрение на долгие-долгие годы.

Дефект зрения. Способы устранения дефектов зрения

Дефект зрения – это что такое? Ответ на поставленный вопрос вы узнаете из представленной статьи. Кроме того, вы получите информацию о том, с какими глазными проблемами люди сталкиваются чаще всего, и как от них можно избавиться.

Общая информация

В медицинской практике дефект зрения часто называют аномалией рефракции. Такие аномалии — самые распространенные глазные проблемы. Суть этой группы заболеваний заключается в том, что оптическая система глаза неспособна сфокусировать световые лучи на сетчатке, которая является нашим регистратором световых раздражителей. Основным признаком и следствием этого патологического состояния является плохое зрение.

Дефект зрения и его структура

Данное отклонение может носить разный характер. Сегодня выделяется несколько распространенных дефектов зрения, а именно:

• астигматизм;
• близорукость, или так называемая миопия;
• дальнозоркость, или же гиперметропия;
• дальтонизм, или цветовая слепота;
• цветовая агнозия.

Чтобы понять, по какой причине возникает тот или иной дефект зрения, следует рассмотреть особенности представленных отклонений более подробно.

Астигматизм

Причиной развития такого патологического состояния является неверно сформированная роговая оболочка зрительного органа. Следует также отметить, что на развитие астигматизма оказывает непосредственное влияние смещение хрусталика глаза по отношению к оси преломления. Обе названные причины влекут за собой различия в расстояниях, которые крайне необходимы для фокусировки «картинки».

Такой дефект зрения в одном глазу может сочетать в себе эффекты дальнозоркости, близорукости и нормального зрения.

Близорукость, или так называемая миопия

Близорукость может развиться по нескольким причинам. Первой является удлинение глаза при сохранении правильного преломления. Что касается второй причины, то это чересчур мощное оптическое преломление, которое составляет более 60-ти диоптрий, при длине зрительного органа в пределах нормы. Оба представленных отклонения негативно влияют на получение нормального изображения. Другими словами, картинка не способна сфокусироваться на глазной сетчатке, а располагается внутри глазного яблока. Таким образом, на сетчатку проникает только сфокусированное изображение каких-либо предметов, находящихся на небольшом расстоянии от человека.

Чтобы скорректировать такой дефект зрения, пациентам часто прописывают специальные очки, помогающие построить более четкую картинку. В этом случае человек может рассматривать предметы вдалеке без особого напряжения. Для того чтобы близорукий пациент видел более четко, используются минусовые линзы, приближающие удаленные объекты.

Дальнозоркость, или же гиперметропия

Такой дефект развивается вследствие чрезмерно слабого оптического преломления в зрительных органах при сохранении нормальной длины глазного яблока. Следует особо отметить, что причиной дальнозоркости становится и укорочение глазного яблока при условии сохранности преломляющей оптической силы.

Вследствие того, что дальнозоркий глаз не способен создать фокус на сетчатке, напряжение мышц значительно возрастает. Такое явление постепенно изменяет искривление хрусталика, что в свою очередь приводит к приспособлению зрительного органа под сложившиеся условия. Однако и этого не хватает для нормальной фокусировки получаемого изображения.

При рассмотрении предметов, находящихся вблизи глаз, мышечные ткани данного органа напрягаются еще сильней. Другими словами, чем ближе расположен объект, тем дальше на сетчатке возникает его изображение.

Какие существуют способы устранения дефектов зрения, а точнее, дальнозоркости? Для коррекции такого отклонения используют очки с плюсовыми линзами. Они достаточно хорошо помогают в построении изображения.

Как известно, при рождении малыша его глаза немного сдавливаются по горизонтали. Именно поэтому все маленькие дети несколько дальнозорки. Однако в процессе развития их зрение постепенно нормализуется.

Если степень дальнозоркости у человека небольшая, то зрение вдали и вблизи может быть нормальным. Но при этом люди будут жаловаться на сильные головные боли и усталость глаз. Если же степень дальнозоркости средняя, то это проявляется плохим зрением вблизи.

Дальтонизм, или цветовая слепота

Такой дефект представляет собой врожденное заболевание, которое чаще всего наблюдается у мужчин. Суть данного отклонения заключается в том, что у больных нарушается правильное восприятие цвета, регулируемое фоторецепторными клетками (колбочками) в глазной сетчатке. Если какого-либо типа колбочек у человека не хватает, то у него присутствует цветовая слепота.

Цветовая агнозия

Цветовая агнозия – это разновидность такого отклонения, как зрительная агнозия. При таком заболевании пациент с сохранным цветовым зрением может неправильно различать цвета. Также существует симультанная и буквенная агнозия. Диагностика подобных отклонений требует проведения тщательного обследования у невролога. Определить вид агнозии можно при помощи специальных тестов.

Лечение такого заболевания заключается в активной терапии того отклонения, которое привело к поражению отдельно взятых участков головного мозга. Очень часто агнозия не излечивается, доставляя огромный дискомфорт пациенту.

Дефект зрения, типичный для классической мигрени

Мигрень с типичной аурой чаще встречается у лиц мужского пола. При этом у пациентов могут наблюдаться зрительные нарушения. Как правило, они проявляются в виде сверкающих точек, молниеподобных вспышек, зигзагов, шаров, после чего развивается довольно сильный приступ головной боли. Интенсивность таких явлений наблюдается на протяжении нескольких минут или секунд. Довольно часто сверкающие образы сменяются выпадением некоторых участков полей зрения. Следует особо отметить, что такие нарушения иногда сочетаются с онемением лица, половины тела и языка, а также со слабостью в конечностях и нарушением нормальной речи.

mozok.click

Глаз как оптическая система. Дефекты зрения и их коррекция

Орган зрения человека — глаз — одно из самых совершенных и в то же время самых простых оптических устройств. Как устроен глаз? Почему некоторые люди плохо видят и как скорректировать их зрение? С какими обенностями зрения связано производство мультипликационных фильмов? Об этом вы узнаете из данного параграфа.

Вспоминаем строение глаза

Глаз человека — это оптическая система, состоящая из нескольких оптических элементов, которые в совокупности предназначены для создания изображения.

Глаз (см. рис. 16.1) имеет форму шара диаметром примерно 2,5 см. Снаружи глаз покрыт плотной непрозрачной оболочкой — склерой. Передняя часть склеры переходит в прозрачную роговую оболочку — роговицу, которая действует как собирающая линза и вместе с глазной жидкостью обеспечивает 75 % способности глаза преломлять свет. Изнутри склера покрыта сосудистой оболочкой, которая в передней части глаза переходит в радужную оболочку — радужку. В центре радужки расположено круглое отверстие — зрачок. Зрачок сужается при увеличении освещенности и расширяется при ее ослаблении.

Способность глаза приспосабливаться к изменению освещенности называют адаптацией.

За зрачком расположен хрусталик — собирающая линза, которая благодаря скрепленным с ней мышцам может изменять свою кривизну, а значит, оптическую силу.

В создании изображения принимает участие и стекловидное тело — прозрачная студенистая масса, заполняющая пространство между хрусталиком и сетчаткой.

Свет, попадающий в глаз, преломляется в роговице, глазной жидкости, хрусталике и стекловидном теле. В результате на сетчатке образуется действительное, уменьшенное, перевернутое изображение предмета (рис. 16.2).

Выясняем, почему человек видит как отдаленные предметы, так и расположенные рядом

Если у человека хорошее зрение, он видит четкими как далеко, так и близко расположенные предметы. Такое возможно потому, что при изменении расстояния до предмета хрусталик изменяет свою кривизну, то есть изменяет свою оптическую силу.

Способность хрусталика изменять свою кривизну при изменении расстояния до рассматриваемого предмета называют аккомодацией.

Если человек смотрит на удаленные предметы, то лучи, исходящие от этих предметов и попадающие в глаз, практически параллельны. В этом случае глаз наиболее расслаблен (вспомните: задумавшись, мы смотрим как будто вдаль). Чем ближе расположен предмет, тем сильнее напрягается глаз (мышцы глаза увеличивают кривизну хрусталика).

Наименьшее расстояние, на котором глаз видит предмет практически не утомляясь, называют расстоянием наилучшего зрения.

Для человека с нормальным зрением расстояние наилучшего зрения — примерно 25 см (именно на таком расстоянии он держит книгу при чтении).

Узнаём об инерции зрения

Если мы будем быстро перемещать в темноте бенгальский огонь, то увидим светящиеся фигуры, образованные «огненным контуром». Во время быстрого вращения карусели ее разноцветные лампы, сливаясь, выглядят для нас как кольца. Наши глаза все время мигают, при этом мы не замечаем, что на некоторый интервал времени предмет, на который мы смотрим, становится невидимым.

Описанные явления объясняются инерцией зрения. Дело в том, что, после того как изображение предмета исчезает с сетчатки глаза (предмет перемещают, прекращают освещать, заслоняют непрозрачным экраном и т. п.), зрительный образ, вызванный этим предметом, сохраняется в течение 0,1 с.

Инерцию зрения широко используют в анимационном кино. Картинки на экране сменяются очень быстро (24 раза в секунду), и во время их смены экран не освещается, однако зритель этого не замечает, — он просто видит

ряд чередующихся картинок. Так на экране создается иллюзия движения.

Сколько картинок нужно нарисовать художнику, чтобы получить мультипликационный фильм продолжительностью всего 10 мин?

На инерции зрения также основано применение стробоскопа. (Стробоскоп представляет собой источник света, излучающий световые вспышки через малые равные интервалы времени.) При фотографировании объектов, освещенных стробоскопом, получают стробоскопические фотографии (рис. 16.3).

Узнаём о недостатках зрения и их коррекции

С точки зрения физики глаз — оптическая система, основные элементы которой — роговица, глазная жидкость, хрусталик, стекловидное тело. Свет преломляется в этой оптической системе, и в результате на сетчатке образуется уменьшенное, действительное, перевернутое изображение предмета.

После того как изображение предмета исчезает с сетчатки глаза, зрительный образ, вызванный этим предметом, хранится в сознании человека в течение 0,1 с. Это свойство называют инерцией зрения.

1. Назовите оптические элементы глаза и их функции. 2. Как реагирует зрачок на изменение освещенности? 3. Почему человек с нормальным зрением может одинаково четко видеть как далеко, так и близко расположенные предметы? 4. Что такое инерция зрения? Приведите примеры. 5. Какой недостаток зрения называют близорукостью? дальнозоркостью? Как их можно скорректировать?

1. Оптическая сила линз бабушкиных очков -2,5 дптр. Определите фокусное расстояние этих линз. Какой недостаток зрения у бабушки?

2. На каком минимальном расстоянии от глаза человек с нормальным зрением должен держать зеркальце, чтобы, не утомляясь, видеть четкое изображение глаза?

3. Почему, чтобы лучше видеть, близорукий человек щурится?

4. Почему даже в чистой воде человек без маски плохо видит?

5. Мальчик держит книгу на расстоянии 20 см от глаз. Определите оптическую силу линз, необходимых мальчику, чтобы читать книгу на расстоянии наилучшего зрения для нормального глаза.

6. Проведите аналогию между фотоаппаратом и глазом человека. Какие функции глаза выполняют разные части фотоаппарата? При необходимости обратитесь к дополнительным источникам информации.

7. Воспользуйтесь дополнительными источниками информации и узнайте о методах профилактики дефектов зрения. Как можно исправить зрение?

Возьмите разные очки и предложите несколько способов, с помощью которых можно определить, какой недостаток зрения (близорукость или дальнозоркость) корректирует каждая пара. Проверьте, «работают» ли эти способы.

Физика и техника в Украине

Александр Теодорович Смакула (1900-1983) — выдающийся украинский физик и изобретатель. Использовав понятие квантовых осцилляторов, А. Т. Смакула смог объяснить радиационную окраску кристаллов и вывести количественное математическое соотношение, известное в науке как «формула Смакулы». Работы ученого создали предпосылки для синтеза витаминов А, В2 и др., а процесс трансформации кристаллического углерода называют теперь «инверсией Смакулы».

В 1935 г. А. Т. Смакула сделал открытие, благодаря которому его имя навсегда останется в истории мировой науки, — способ улучшения оптических устройств («просветление оптики»). Суть открытия в том, что поверхность линзы покрывают слоем специального материала толщиной 1/4 длины падающей волны (десятые доли микрометра), что значительно уменьшает отражение света от поверхности линзы и в то же время увеличивает контрастность изображения. Данное открытие получило очень широкое применение, ведь линзы являются основным элементом большинства оптических устройств (фотоаппаратов, биноклей, микроскопов и т. д.).

2000 год был объявлен ЮНЕСКО годом А. Т. Смакулы.

подводим итоги РАЗДЕЛА II «Световые явления»

1. Изучив раздел II, вы узнали, что мы видим окружающий мир благодаря тому, что тела вокруг нас отражают свет или сами являются источниками света.

2. Вы узнали о законах геометрической оптики.

законы геометрической оптики

3. Вы ознакомились с опытами И. Ньютона и выяснили, что белый свет состоит из света разных цветов. Свет разных цветов распространяется в вакууме с одинаковой скоростью (c = 3 10 8 м/с), а в среде — с разной.

4. Вы научились строить изображения в плоском зеркале и линзах.

5. Вы ознакомились с оптическими устройствами, в которых используют линзы.

ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ К РАЗДЕЛУ II «Световые явления»

Задания 1-8 содержат только один правильный ответ. 1. (1 балл) Какое оптическое явление иллю

стрирует фотография (рис. 1)?

а) отражение света;

б) поглощение света;

в) дисперсию света;

г) преломление света.

2. (1 балл) Какой закон подтверждается существованием солнечных и лунных затмений?

а) закон отражения света;

б) закон прямолинейного распространения света;

в) закон сохранения энергии;

г) закон преломления света.

3. (1 балл) Каким является изображение предмета в плоском зеркале?

а) увеличенным действительным; в) уменьшенным мнимым;

б) равным действительным; г) равным мнимым.

4. (1 балл) Луч света падает из воздуха на поверхность стеклянной пластины (рис. 2). На каком рисунке правильно указаны все три угла: угол падения α, угол отражения β и угол преломления γ ?

5. (2 балла) Какая точка (рис. 3) является изобра

жением светящейся точки S в плоском зеркале?

г) изображения точки S в зеркале нет.

6. (2 балла) Какова оптическая сила линзы, ход лучей в которой показан на рис. 4?

а) -0,04 дптр; в) +25 дптр;

б) +4 дптр; г) +50 дптр.

7. (2 балла) Какое у человека нарушение зрения, если он носит очки, нижняя часть которых — выпуклые стекла, а верхняя часть — плоские?

в) у человека нет нарушений зрения;

г) определить невозможно.

8. (2 балла) Во время фотографирования на объектив фотоаппарата села муха. Повлияет ли это на снимок, и если повлияет, то как?

б) на снимке будет изображение мухи;

в) снимок будет менее ярким;

г) снимок будет более ярким.

9. (3 балла) Человек приближается к зеркалу со скоростью 2 м/с. С какой скоростью к человеку приближается его отражение в зеркале?

10. (3 балла) Угол падения луча на зеркальную поверхность равен 70°. Чему равен угол между отраженным лучом и зеркальной поверхностью?

11. (3 балла) Свет падает из воздуха на поверхность прозрачного вещества под углом 45°. Определите абсолютный показатель преломления данного вещества, если преломленный пучок света распространяется под углом 60° к границе раздела сред.

12. (3 балла) Предмет расположен на расстоянии 1 м от собирающей линзы с фокусным расстоянием 0,5 м. На каком расстоянии от линзы расположено изображение предмета?

13. (3 балла) Установите соответствие между средой и скоростью распространения света в этой среде.

1 Алмаз А 1,24 · 10 8 м/с

2 Бензин Б 1,76 · 10 8 м/с

3 Лед В 2,00 · 10 8 м/с

14. (4 балла) На рис. 5 показаны главная оптическая ось КМ линзы, предмет АВ и его изображение А^. Определите тип линзы, ее фокусное расстояние и оптическую силу.

15. (4 балла,) Почему кривизна хрусталика глаза рыбы (рис. 6) больше, чем у человека?

16. (4 балла) Рассматривая марку с помощью лупы, мальчик видит ее на расстоянии наилучшего зрения увеличенной в 4 раза. На каком расстоянии от глаз мальчик держит лупу, если у него нормальное зрение, а оптическая сила лупы +15 дптр?

Сверьте ваши ответы с приведенными в конце учебника. Отметьте задания, которые вы выполнили правильно, и подсчитайте сумму баллов. Затем эту сумму разделите на три. Полученный результат будет соответствовать уровню ваших учебных достижений.

Тренировочные тестовые задания с компьютерной проверкой вы найдете на электронном образовательном ресурсе «Интерактивное обучение».

Новые приемники и источники света

Благодаря достижениям в электронике существенным образом изменились как источники, так и приемники света, стали общедоступными уникальные научные изобретения.

Расспросите ваших дедушек и бабушек о том, как делали фотографии двадцать и более лет тому назад. Оказывается, это была достаточно сложная процедура. Для вас же стало обычным, увидев интересный сюжет, навести камеру мобильного телефона, нажать соответствующую кнопку и мгновенно переслать готовое изображение друзьям.

Приведем еще пример. Об узком направленном пучке света, имеющем уникальные свойства, раньше шла речь только в фантастических произведениях. В наше время лазерный луч применяется настолько широко, что даже самые смелые фантасты прошлого века не могли себе этого представить. Так что, получается, раздел физики под названием «Оптика» безнадежно устарел и вы зря изучали раздел II учебника?

Не будем делать поспешных выводов и рассмотрим некоторые из современных оптических устройств подробнее.

Все вы, конечно, видели лазерные шоу в цирке или на эстрадных концертах: тонкие пучки света пронизывают пространство зала, быстро пролетают над головами зрителей. Захватывающее зрелище!

На рисунке представлен один из видов лазеров — газовый. Яркий светящийся «шнур» в стеклянной трубке — это не лазерный луч, а электрический разряд, подобный разряду в лампах дневного света.

Разряд служит для «накачки» рабочего тела (газа внутри стеклянной трубки). Этот процесс заключается в том, что атомы газа постепенно приобретают избыточную энергию от электрического разряда, а затем лавинообразно отдают ее в виде импульса (вспышки) света.

По названию вещества рабочего тела стали классифицировать и сами лазеры: газовые, жидкостные и наиболее удобные для бытовых целей — твердотельные лазеры.

Эстрадные шоу — далеко не единственное применение лазеров. Данные устройства широко используют в медицине, военном деле и др.

В фотоаппаратах старых конструкций устройством, фиксирующим изображение, была фотопленка. В цифровых фотоаппаратах таким устройством является пластинка, покрытая очень мелкими световыми датчиками (пикселями). Каждый из этих датчиков фиксирует «кусочек» светового потока. Чем меньше размер пикселя, тем более качественное изображение можно получить. Пластинка хорошего фотоаппарата насчитывает 18-20 млн пикселей. Количество пикселей в мобильном телефоне меньше, так как съемка — не основная функция телефона, соответственно и качество снимков хуже.

Микропроцессор фотоаппарата обрабатывает информацию от сенсоров и запоминает ее в виде отдельного файла.

История фотографии насчитывает более 180 лет. При этом и в старых фотоаппаратах, и в самых современных один из важнейших элементов — оптическая система, которая должна обеспечить четкое изображение разных объектов съемки — и вашего приятеля, стоящего совсем рядом, и гор, виднеющихся на горизонте. Так что рано сбрасывать оптику со счетов, конструкторам современных фотоаппаратов и видеокамер она еще наверняка пригодится!

Очень часто создатели современных фильмов сознательно (или из-за недостатка знаний) искажают информацию о возможностях лазеров. Приведем лишь несколько примеров.

Сколько ни дыми, все ровно не увидишь. Во многих фильмах для обнаружения охранной сигнализации герои пускают клубы дыма — и лучи лазера становятся видимыми. На самом деле изготовить лазеры, работающие в инфракрасном (невидимом для глаза) диапазоне, намного проще, чем работающие в видимом диапазоне. Именно их и используют в стандартных охранных системах. Инфракрасный луч, сколько его не задымляй, все равно остается невидимым для глаз.

Берегите глозо. Лазеры в фильмах используют для разрезания металлических препятствий (решетки, дверей сейфа и т. п.) — и это соответствует действительности. Вот только авторы фильмов часто забывают о защите героев от отраженных лучей, ведь отражение сверхмощного луча от разрезаемого металла будет тоже достаточно мощным. А значит, как минимум, следует беречь глаза!

Попробуй догони. Иногда создатели фильмов демонстрируют, что процесс распространения луча подобен полету пули. Это, конечно, не так. Скорость пули составляет несколько сотен метров в секунду, поэтому ее полет действительно может быть зарегистрирован с помощью скоростной киносъемки. А вот аналогичным образом проследить за процессом распространения луча света невозможно (напомним, что скорость света огромна — 300 000 км/с).

Ориентировочные темы проектов

1. Изготовление простейших оптических приборов и устройств.

2. Оптические иллюзии.

3. Исследование мощности и КПД искусственных источников света разных типов.

4. Вогнутые зеркала: свойства и примеры применения.

5. Оптические явления в природе.

6. Глаз и зрение.

Темы рефератов и сообщений

1. Будущее — за светодиодами.

2. Чудо фотосинтеза.

3. Миражи: как они возникают и где их можно наблюдать.

4. Зачем пешеходу на одежде светоотражающие поверхности.

Как светоотражающие поверхности используют автомобилисты.

6. Почему ночью мы почти не различаем цвета.

7. Оптическое искусство «Оп-арт» как синтез науки и искусства.

8. Нарушения зрения и методы их коррекции с помощью оптических устройств.

9. Зрительные тренажеры. Почему и как можно восстановить зрение.

10. Оптические приборы в медицине.

11. История фотографии.

12. Ультрафиолетовое очищение воды.

13. Почему мыльные пузыри разноцветные.

14. Приборы ночного видения.

15. Подзорная труба: история создания, устройство, принцип действия.

Темы экспериментальных исследований

1. Изучение законов распространения света с помощью лазерной указки.

2. Изучение законов преломления света и связанных с ними оптических эффектов. Оптические фокусы.

3. Исследование спектрального состава света с помощью призмы (воспроизведение опытов И. Ньютона).

4. Исследование преломляющих свойств собирающей и рассеивающей линз.

5. Изготовление оптических устройств (камера-обскура, калейдоскоп).