Materiál optického očního přístroje
Oko je optický přístroj, který je lidem vrozený. Umožňuje vám číst článek z fyziky 😀 nebo se dívat do tváře krásného či pohledného přítele 🙂 Co když vaše oči nefungují správně? Na tuto otázku jistě znáte odpověď. Buďte tedy vděční, pokud máte stále zdravé oči a jasně vidíte. Nevidomý člověk rozhodně nevidí a dokáže si jen představovat stav světa, ve kterém dnes žijeme.
Mít zdravé a dobře fungující oči je nadějí každého. Realita však někdy zaostává za očekáváními. Někteří lidé jsou předurčeni k oční dysfunkci, která jim brání v jasném vidění. Pokroky ve vědě, zejména ve fyzice, umožnily vytvořit vizuální pomůcky, jako jsou brýle a kontaktní čočky.
Tento článek zkoumá, jak oko funguje a jak umožňuje lidem vidět. Vysvětlení fungování oka v tomto článku se vztahuje k tématu geometrické optiky , které zahrnuje lom světla, zaostřování a vytváření obrazů objektů okem. Podrobné vysvětlení oka a jeho skutečného fungování přesahuje rámec tohoto článku. Oční dysfunkce, jak fungují brýle a kontaktní čočky , jsou vysvětleny v následujících článcích.
Části oka
rohovka atau oční membrána je tvrdá, průsvitná membrána, která pokrývá přední část oka. Světelné paprsky vstupující do oka jsou ve větší míře lámány rohovkou.
žák atau oční bulvy Zornice je černá část lidského oka. Zornice je černá, proto absorbuje téměř veškeré světlo a téměř žádné neodráží zpět. Zornice je otvor, kterým světlo prochází do oka. Čím větší je zornice, tím více světla do oka vstupuje, a naopak, čím menší je zornice, tím méně světla do oka vstupuje.
Duhovka atau duhovka Duhovka řídí velikost zornice. Když je prostředí kolem oka velmi jasné, duhovka zornici zúží, a když je prostředí tmavé, duhovka zornici zvětší a umožní tak vstup více světla do oka. Pokud jste někdy pozorovali rozdíl v zornicích kočky ve dne a v noci, snadno pochopíte funkci duhovky.
Řasnatý sval slouží ke změně zakřivení oční čočky. Změny zakřivení oční čočky ovlivňují ohniskovou vzdálenost oční čočky. Pokud oko pozoruje objekt ve velmi velké vzdálenosti, řasnatý sval se uvolní, takže se zvětší poloměr zakřivení čočky a zvětší se ohnisková vzdálenost čočky. Pokud oko pozoruje objekt v blízké vzdálenosti, řasnatý sval se stáhne, takže se zmenší poloměr zakřivení čočky a zkrátí se ohnisková vzdálenost čočky. Nepřímo je tedy funkcí řasnatého svalu řídit ohniskovou vzdálenost oční čočky tak, aby oko mohlo dobře zaostřit obraz objektu. Změny ohniskové vzdálenosti oční čočky se nazývají akomodace oka.
Oční čočka je spojná čočka, známá také jako konvexní čočka nebo pozitivní čočka . Ačkoli většina světla vstupujícího do oka se láme v rohovce, čočka také láme a zaostřuje světelné paprsky tak, aby se obraz objektu vytvořil přesně na sítnici. Aby byly objekty jasně vidět, musí se obraz na sítnici vytvořit. Sítnice přeměňuje světelné vlny na elektrické signály, které jsou poté přenášeny zrakovým nervem do mozku.
Maximální a minimální ubytování
Akomodace oka je přizpůsobení ohniskové vzdálenosti (f) oční čočky vzdálenosti objektu viděného okem, aby obraz objektu mohl být zaostřen na sítnici. Ohnisková vzdálenost oční čočky je vzdálenost mezi čočkou a jejím ohniskem (F). Změny zakřivení čočky způsobují změnu poloměru zakřivení čočky, a proto se mění i ohnisková vzdálenost čočky, jak je znázorněno na obrázku.
Pokud oko pozoruje objekt na vzdálený bod, řasnatý sval se uvolní (relaxuje), což způsobí, že se čočka oka zploští, takže se zvětší poloměr zakřivení a ohnisková vzdálenost čočky. Vzdálený bod je největší vzdálenost, na kterou může oko zaostřit, přičemž normální vzdálený bod oka je nekonečno. Když oko upraví ohniskovou vzdálenost čočky tak, aby zaostřilo na objekty ve vzdáleném bodě nebo na objekty v nekonečnu, oko minimální ubytování.
Na druhou stranu, když oko pozoruje objekt zblízka, ciliární sval se napne (stahne), což způsobí, že se oční čočka více zakřiví, takže se zvětší poloměr zakřivení a ohnisková vzdálenost čočky. Vzdálenost objektu nejblíže k oku, na kterou oko stále dokáže zaostřit, se nazývá blízký bodPrůměrný člověk má vzdálenost blízkého vidění 25 cm. Když oko zaostří na objekt v blízkém bodě (25 cm), oko akomoduje maximálně.
Vznik stínu objektu
Velmi vzdálená vzdálenost objektu
Pokud je vzdálenost objektu nekonečná, oční čočka se zploští, takže se zvětší ohnisková vzdálenost čočky, kde ohnisková vzdálenost (f) musí být rovna obrazové vzdálenosti (s'). Obrazová vzdálenost je vzdálenost mezi čočkou a bodem, kde se protínají lomené světelné paprsky oka. Bod, kde se světelné paprsky protínají, se shoduje se sítnicí. Lze tedy usoudit, že když oko pozoruje objekt v nekonečné vzdálenosti, zakřivení oční čočky se zploští, dokud se ohnisková vzdálenost čočky (f) nerovná vzdálenosti mezi oční čočkou a sítnicí. Světelné paprsky se musí protínat na sítnici, aby mohlo být světlo nervovými buňkami v sítnici přeměněno na elektrické signály a poté přeneseno zrakovým nervem do mozku.
Následuje matematický důkaz, proč musí být ohnisková vzdálenost čočky (f) stejná jako obrazová vzdálenost (s') v případě, že je vzdálenost objektu (s) velmi velká nebo se předpokládá, že je objekt nekonečně vzdálený. Vztah mezi ohniskovou vzdáleností (f), vzdáleností objektu (s) a obrazovou vzdáleností (s') je vyjádřen následující rovnicí.
1/f = 1/s + 1/s' —– Rovnice 1
Okulár je spojná čočka, proto je ohnisková vzdálenost (f) kladná. Vzdálenost objektu (s) je nekonečná, proto v rovnici 1 nahraďte vzdálenost objektu (s) symbolem nekonečna.
1/f = 1/~ + 1/s'
1/f = 0 + 1/s'
1/f = 1/s'
s' = f —– Rovnice 2
Rovnice 2 ukazuje, že u spojné nebo konvexní čočky, pokud je vzdálenost objektu nekonečná, pak je ohnisková vzdálenost (f) stejná jako vzdálenost obrazu (s').
Velmi blízká vzdálenost objektu
Co když je objekt blízko oka? Konkávní čočka může vytvářet jak virtuální, tak reálné obrazy. Reálný obraz vznikne konvexní čočkou, když je vzdálenost objektu (s) větší než ohnisková vzdálenost čočky (f). Toto téma bylo probráno v tématu konvexní čočkový obraz.
Dříve bylo vysvětleno, že nejbližší objekt, na který dokáže normální oko správně zaostřit, je 25 cm. Ohnisková vzdálenost proto musí být menší než 25 cm. Nemůže být ani 25 cm, protože kdyby byla, obraz by byl v nekonečnu, což je vzhledem k malé velikosti zornice nepřiměřené.
Výpočet pro odhad ohniskové vzdálenosti (f) systému očních čoček:
1/f = 1/s + 1/s' —– Rovnice 1
Blízký bod normálního oka je 25 cm, proto je nejbližší vzdálenost objektu (s) 25 cm. Vzdálenost mezi rohovkou a okem je asi 2,5 cm. Obraz se jeví jasný, pokud světelný paprsek dopadá na sítnici, takže vzdálenost mezi rohovkou a čočkou se považuje za obrazovou vzdálenost (s').
1/f = 1/s + 1/s'
1/f = 1/25 + 1/2,5 = 1/25 + 10/25 = 11/25
f = 25/11
f = 2,27 cm
Rozdíl mezi obrazovou vzdáleností (s') a ohniskovou vzdáleností (f) je 2,5 cm – 2,27 cm = 0,23 cm. Na základě výše uvedených výsledků výpočtu lze usoudit, že ohnisková vzdálenost (f) je menší než obrazová vzdálenost (s'). Ohnisko oka je 0,23 cm vlevo od obrazového bodu neboli sítnice.
Oční čočka je konvergentní, takže obraz vytvořený na sítnici, ačkoli je skutečný, je invertovaný. I když je obraz na sítnici invertovaný, mozkové nervy ho srovnají. Jak se to dá vysvětlit? 🙂
Příklady otázek týkajících se optických očních přístrojů
1. EBTANAS-SMP-01-15
Popis tvorby obrazu u myopických očních vad je...
Diskuse
Krátkozrakost neboli myopie je optická vada oka, při které oko nevidí jasně předměty ve vzdálenosti.
Příčinou krátkozrakosti je zakřivenější systém rohovka-čočka (horizontální část oční bulvy je příliš dlouhá), takže ohnisková vzdálenost systému rohovka-čočka je zmenšena, což způsobuje, že světelné paprsky ze vzdálených bodů se zaostřují před sítnicí. Nekonečné množství světelných paprsků se na sítnici nezaostřuje, takže nervové buňky v sítnici nemohou převést světelné vlny na elektrické signály, které se přenášejí do mozku.
Správná odpověď je B.
2. EBTANAS-SMP-02-15
Tvorba stínů u lidí s krátkozrakostí je znázorněna na správném obrázku...
Diskuse
Krátkozrakost neboli myopie je optická vada oka, při které oko nevidí jasně předměty ve vzdálenosti.
Příčinou krátkozrakosti je zakřivenější systém rohovka-čočka (horizontální část oční bulvy je příliš dlouhá), takže ohnisková vzdálenost systému rohovka-čočka je zmenšena, což způsobuje, že světelné paprsky ze vzdálených bodů se zaostřují před sítnicí. Nekonečné množství světelných paprsků se na sítnici nezaostřuje, takže nervové buňky v sítnici nemohou převést světelné vlny na elektrické signály, které se přenášejí do mozku.
Správná odpověď je C.
