«Оптические приборы.
Глаз как оптическая система»

Виды оптических приборов

Оптика — наука об изучении видимого света и способов его использования для расширения человеческого зрения и выполнения других задач. Оптические приборы — это устройства, которые обрабатывают световую волну для улучшения изображения для более четкого обзора.

Линзы являются главной частью оптических приборов. Существуют две группы оптических приборов: 1) приборы, вооружающие глаз, к которым относятся очки, лупа, микроскоп, телескоп, 2) оптические приборы, которые формируют изображение без участия глаза: фотоаппарат, проекционный аппарат и пр.

Оптическая схема фотоаппарата представлена на рисунке а). Предмет находится от линзы на расстоянии, большем двойного фокусного расстояния, а уменьшенное изображение формируется на плёнке, которая помещается на задней стенке фотоаппарата на расстоянии от линзы, близком к фокусному. Проекционный аппарат позволяет получать на экране действительное увеличенное изображение предметов. Предмет помещается между фокусом и двойным фокусом линзы, чем ближе к фокусу, тем больше размер изображения. Оптическая схема проекционного аппарата показана на рисунке б).

Формирование изображения

Естественный свет, отраженный от поверхности предметов, является рассеянным, т.е. световые лучи от каждой точки объекта исходят в разных направлениях. Поэтому в отсутствие оптической системы глаза лучи от одной точки объекта (а) попадали бы в разные участки сетчатки (а1, а2, а3). Такой глаз смог бы различать общий уровень освещенности, но не контуры предметов.

Для того, чтобы увидеть объекты окружающего мира, необходимо, чтобы световые лучи от каждой точки объекта попадали только в одну точку сетчатки, т.е. необходимо сфокусировать изображение. Этого можно добиться, поместив перед сетчаткой сферическую преломляющую поверхность. Световые лучи, исходящие из одной точки (а), после преломления на такой поверхности будут собираться в одной точке а1 (фокусе). Таким образом, на сетчатке возникнет четкое перевернутое изображение.

Строение глаза

Роль линзы в оптической системе глаза играет хрусталик — прозрачное тело, которое может быть более или менее выпуклым, т.е. его фокусное расстояние может изменяться. За хрусталиком расположено стекловидное тело, заполняющее остальную часть глаза. Хрусталик и стекловидное тело играют роль линзы, преломляющей падающие лучи. На задней стенке глаза находится сетчатка, на которой после преломления получается действительное уменьшенное, перевёрнутое изображение. Информация затем передается по зрительному нерву в головной мозг. Однако не вся сетчатка видит одинаково: наибольшей зрительной способностью обладает макула — центральная часть сетчатки, где расположено основное количество зрительных клеток (колбочек).

Адаптация — способность глаза приспосабливаться к различной яркости наблюдаемых предметов. Аккомодация — способность человеческого глаза преломлять световые лучи таким образом, чтобы видеть одинаково хорошо как на близких, так и на средних и дальних расстояниях.

Глаз человека приводится в движение шестью глазными мышцами, которые обеспечивают два типа перемещений глазного яблока — быстрые скачкообразные и плавные следящие движения.

Дефекты зрения

Существуют 2 основных дефекта зрения: дальнозоркость и близорукость.

Близорукий человек хорошо видит близкие предметы и плохо — удалённые. У него изображение предмета формируется перед сетчаткой (в норме — главный фокус должен проецироваться на сетчатку). Для коррекции зрения в этом случае необходимы очки с рассеивающими линзами, делающие входящий в глаз световой пучок расходящимся. В этом случае глаз соберёт лучи на сетчатке.

Дальнозоркий человек близко расположенные предметы видит размыто, а объекты, расположенные вдали, — чётко, хотя и не всегда. Изображение предмета формируется за сетчаткой. Для коррекции зрения в этом случае необходимы очки с собирающими линзами. На хрусталик в этом случае падает сходящийся световой пучок, который он преломляет так, что лучи собираются на сетчатке.

Кроме того, может быть и астигматизм — образование двух или более фокусов сразу (вся картинка полностью получается расплывчатой).

Восприятие глубины пространства

Изображение окружающего мира на сетчатке является плоским. Однако, мы видим мир объемным. Существует несколько механизмов, которые обеспечивают построение 3-мерного пространства на основании плоских изображений, сформированных на сетчатке.

• Поскольку глаза расположены на некотором расстоянии друг от друга, то изображения, формирующиеся на сетчатке левого и правого глаза, несколько различаются друг от друга. Чем ближе расположен объект по отношению к наблюдателю, тем больше будут различаться эти изображения.
• Чем дальше расположен объект, тем меньше угловой размер его изображения на сетчатке. Оценивая угловые размеры знакомых предметов, мы можем оценивать расстояние до них.
• Перекрывание изображений также помогает оценить их взаимное расположение в пространстве. Изображение близкого предмета может перекрывать изображение удаленного, но не наоборот.
• При смещении головы наблюдателя изображения наблюдаемых объектов на сетчатке также будут смещаться (явление параллакса). При одном и том же смещении головы изображения близких объектов будут смещаться сильнее, чем изображения удаленных.

Конспект урока «Оптические приборы. Глаз как оптическая система». Выберите дальнейшее действие:

• Вернуться к Списку конспектов по физике для 7-11 классов
• Найти конспект через Кодификатор ОГЭ по физике
• Найти конспект через Кодификатор ЕГЭ по физике