Article Instruments òptics ull humà
Parts de l'ull
La còrnia és una membrana transparent i dura que recobreix la part frontal de l'ull. La còrnia refracta el feix de llum que entra a l'ull.
La pupil·la és la part negra de l'ull. La pupil·la és negra, per tant absorbeix gairebé tota la llum. Una pupil·la és un forat a través del qual passa la llum a l'ull. Com més gran és el diàmetre de la pupil·la, més llum entra a l'ull i com més petita és la mida de la pupil·la, menys llum entra a l'ull.
L'iris controla la mida de la pupil·la. Quan l'entorn al voltant de l'ull és molt brillant, l'iris minimitza la pupil·la. Per contra, quan l'entorn al voltant dels ulls és menys brillant, l'iris eixampla la pupil·la de manera que la quantitat de llum que entra a l'ull és gran. Si heu observat la diferència entre l'ull del gat durant el dia i la nit, podeu entendre fàcilment la funció de l'iris.
Els músculs ciliars tenen la funció de canviar la curvatura del cristal·lí. Els canvis en el cristal·lí afecten la distància focal del cristal·lí. Si l'ull observa objectes a una gran distància, els músculs ciliars es relaxen de manera que el radi de curvatura del cristal·lí augmenta i la distància focal del cristal·lí augmenta.
Quan l'ull observa objectes a curta distància, els músculs ciliars es contrauen de manera que el radi de curvatura del cristal·lí disminueix i la distància focal del cristal·lí disminueix. Així doncs, indirectament, la funció dels músculs ciliars és controlar la distància focal del cristal·lí perquè l'ull pugui enfocar correctament la imatge de l'objecte. El canvi de distància focal de l'ocular s'anomena acomodació ocular.
El cristal·lí de l'ull és una lent convergent, convexa o positiva. Tot i que es produeix més refracció de la llum a la còrnia, el cristal·lí de l'ull també refracta i enfoca el feix de llum de manera que la imatge es forma directament a la retina. Cal formar una imatge a la retina perquè els objectes es puguin veure clarament. La retina serveix per convertir les ones de llum en senyals elèctrics, que després passen a través del nervi òptic fins al cervell.
Acomodació per un ull normal
L'acomodació ocular és l'ajust de la distància focal (f) del cristal·lí de l'ull amb la distància de l'objecte a l'ull, de manera que la imatge es pugui enfocar a la retina. La distància focal del cristal·lí és la distància entre el cristal·lí i el punt focal del cristal·lí (F). Quan l'ull s'acomoda, la curvatura del cristal·lí canvia, cosa que fa que canviï el radi de curvatura de l'ocular i, per tant, també canviï la distància focal del cristal·lí.
Si l'ull observa un objecte en un punt llunyà, el múscul ciliar es relaxa, fent que el cristal·lí s'aplani de manera que el radi de curvatura i la distància focal del cristal·lí augmenten. El punt llunyà és la distància més llunyana a la qual l'ull pot enfocar, on el punt distant de l'ull normal és infinit. Quan els músculs ciliars es relaxen de manera que la distància focal del cristal·lí s'allarga i pot enfocar l'objecte en un punt distant, l'ull té una acomodació mínima.
Quan l'ull observa objectes a curta distància, els músculs ciliars es contrauen, fent que el cristal·lí es corbi més, de manera que el radi de curvatura i la distància focal del cristal·lí disminueixen. La distància de l'objecte a l'ull més proper que encara pot ser enfocat per l'ull s'anomena punt proper. L'ésser humà mitjà té un punt proper de 25 cm. Quan els músculs ciliars es contrauen de manera que la distància focal del cristal·lí de l'ull s'escurça i pot enfocar l'objecte en un punt proper (25 cm), l'ull té la màxima acomodació.
Formació d'imatge
El punt llunyà
Si l'objecte és infinit, la lent de l'ull es torna aplanada fins que la distància focal (f) de la lent és igual a la distància d'imatge (di). La distància d'imatge és la distància entre la lent i el punt on el feix de llum és refractat per l'ull s'interseca. El punt on els raigs de llum s'intersequen coincideix amb la retina. Per tant, es pot concloure que quan l'ull observa un objecte infinit, la curvatura de la lent de l'ull es torna plana fins que la distància focal de la lent (f) és igual a la distància entre la lent i la retina. El feix de llum s'ha d'intersecar a la retina perquè la llum es pugui convertir en senyals elèctrics a la retina.
La següent és una demostració matemàtica de per què quan un objecte és a l'infinit, la distància focal de la lent (f) és igual a la distància d'imatge (di). La relació entre la distància focal (f), la distància de l'objecte (do) i la distància d'imatge (di) s'expressa mitjançant la següent equació.
1/f = 1/do + 1/di —– Equació 1
La lent de l'ull és una lent convergent. Per tant, la distància focal (f) és positiva. La distància a l'objecte (do) és infinita, per tant, substituïu la distància a l'objecte (do) a l'equació 1 per un símbol d'infinit.
1/f = 1/~ + 1/di
1/f = 0 + 1/di
1/f = 1/di
di = f —– Equació 2
L'equació 2 mostra que en lents convergents si l'objecte és a l'infinit, la distància focal (f) és igual a la distància d'imatge (di).
El punt proper
Què passa si l'objecte és a prop de l'ull? Anteriorment, s'explicava que el punt proper de l'ull normal o la distància de l'objecte més proper que l'ull normal pot enfocar correctament és de 25 cm. Per tant, la distància focal (f) de la lent de l'ull ha de ser menor que la distància a l'objecte (do) de 25 cm. La distància focal de la lent de l'ull ha de ser menor que la distància de 25 cm perquè la lent de l'ull produeixi la imatge real. La lent de l'ull és una lent convexa que pot formar una imatge virtual i una imatge real. Una lent convexa produeix una imatge real quan la distància focal (f) és menor que la distància a l'objecte (do). Això s'ha tractat en el tema de la formació d'imatges de la lent convexa.
Estima la distància focal (f) del sistema de lents de l'ull:
El punt proper de l'ull normal és de 25 cm, de manera que la distància de l'objecte (s) més proper (s) és de 25 cm. La distància entre la còrnia i la retina és d'uns 2.5 cm. La imatge és clara si el feix de llum incideix sobre la retina, de manera que la distància entre la còrnia i la retina es considera com la distància d'imatge (di). Per tant, la distància d'imatge (in) és de 2.5 cm.
1/f = 1/do + 1/di
1/f = 1/25 + 1/2.5 = 1/25 + 10/25 = 11/25
f = 25/11
f = 2.27 cm
A partir dels resultats dels càlculs anteriors, es pot concloure que la distància focal (f) és més petita que la distància d'imatge (di). La diferència entre la distància d'imatge (di) i la distància focal (f) és de 2.5 cm – 2.27 cm = 0.23 cm. El punt focal del sistema còrnia-lent ull-ull es troba a 0.23 cm a l'esquerra de la imatge o retina.
El sistema còrnia-lent ocular és una lent convexa, de manera que la imatge es forma a la retina tot i que és real però invertida. Tot i que la imatge a la retina està invertida, el nervi del cervell la gira dreta.
