Materiale til optisk øjeinstrument
Øjet er et optisk instrument, der er naturligt for mennesker. Det giver dig mulighed for at læse en fysikartikel 😀 eller se på ansigtet af en smuk eller flot kæreste 🙂 Hvad hvis dine øjne ikke fungerer korrekt? Du kender helt sikkert svaret på dette spørgsmål. Så vær taknemmelig, hvis du stadig har sunde øjne og kan se tydeligt. En blind person kan bestemt ikke se og kan kun forestille sig den tilstand, vi lever i i dag.
Alles håb er at have sunde, velfungerende øjne. Men virkeligheden lever nogle gange ikke op til forventningerne. Nogle mennesker er dømt til at opleve øjenproblemer, der forhindrer dem i at se klart. Fremskridt inden for videnskab, især fysik, har gjort det muligt at skabe visuelle hjælpemidler såsom briller og kontaktlinser.
Denne artikel undersøger, hvordan øjet fungerer og gør det muligt for mennesker at se. Forklaringen af, hvordan øjet fungerer, relaterer sig til emnet geometrisk optik , som omfatter lysbrydning, fokusering og øjets dannelse af billeder af objekter. En detaljeret forklaring af øjet og hvordan det rent faktisk fungerer, ligger uden for denne artikels rammer. Øjendysfunktioner, hvordan briller og kontaktlinser fungerer, forklares i efterfølgende artikler.
Dele af øjet
hornhinde atau øjenmembran er en hård, gennemskinnelig membran, der dækker forsiden af øjet. Lysstråler, der kommer ind i øjet, brydes i større grad af hornhinden.
Elev atau øjenæbler Pupillen er den sorte del af det menneskelige øje. Pupillen er sort og absorberer derfor næsten alt lys og reflekterer næsten intet tilbage. Pupillen er den åbning, hvorigennem lyset passerer ind i øjet. Jo større pupillen er, desto mere lys kommer ind i øjet, og omvendt, jo mindre pupillen er, desto mindre lys kommer ind i øjet.
iris atau iris Iris styrer pupillens størrelse. Når omgivelserne omkring øjet er meget lyse, trækker iris pupillen sammen, og når omgivelserne er mørke, forstørrer iris pupillen, hvilket tillader mere lys at komme ind i øjet. Hvis du nogensinde har observeret forskellen på en kats pupiller om dagen og om natten, vil du nemt forstå iris' funktion.
Ciliarmusklen har til formål at ændre øjenlinsens krumning. Ændringer i øjenlinsens krumning påvirker øjenlinsens brændvidde. Hvis øjet observerer et objekt på meget lang afstand, vil ciliarmusklen slappe af, så linsens krumningsradius øges, og linsens brændvidde øges. Hvis øjet observerer et objekt på tæt afstand, trækker ciliarmusklen sig sammen, så linsens krumningsradius mindskes, og linsens brændvidde mindskes. Så indirekte er ciliarmusklens funktion at kontrollere øjenlinsens brændvidde, så øjet kan fokusere billedet af objektet godt. Ændringer i øjenlinsens brændvidde kaldes øjenakkommodation.
Øjets linse er en konvergerende linse, også kendt som en konveks linse eller en positiv linse . Selvom det meste af det lys, der kommer ind i øjet, brydes i hornhinden, bryder og fokuserer linsen også lysstråler, så billedet af et objekt dannes præcist på nethinden. Billedet skal dannes på nethinden for at objekter kan ses tydeligt. Nethinden omdanner lysbølger til elektriske signaler, der derefter transmitteres gennem synsnerven til hjernen.
Maksimal og minimal indkvartering
Øjentilpasning er justeringen af øjenlinsens brændvidde (f) til afstanden til det objekt, øjet ser, således at billedet af objektet kan fokuseres på nethinden. Øjenlinsens brændvidde er afstanden mellem linsen og linsens brændpunkt (F). Ændringer i linsens krumning får linsens krumningsradius til at ændre sig, og derfor ændres linsens brændvidde, som vist på billedet.
Hvis øjet observerer en genstand på langt punkt, ciliarmusklen slapper af (afspænder), hvilket får øjets linse til at blive fladere, så linsens krumningsradius og brændvidde øges. Fjernpunktet er den længste afstand, øjet kan fokusere på, hvor øjets normale fjernpunkt er uendelighed. Når øjet justerer linsens brændvidde for at fokusere på objekter i et fjernt punkt eller objekter i uendelighed, vil øjet minimum indkvartering.
Når øjet derimod observerer et objekt på tæt hold, spændes (trækker sig) ciliarmusklen sammen, hvilket får øjets linse til at blive mere buet, så linsens krumningsradius og brændvidde øges. Afstanden til det objekt, der er tættest på øjet, som øjet stadig kan fokusere på, kaldes nærpunktEt gennemsnitsmenneske har en nærpunktsafstand på 25 cm. Når øjet fokuserer på et objekt i et nært punkt (25 cm), akkommoderer øjet maksimalt.
Dannelse af et objekts skygge
Meget langt objektafstand
Hvis objektafstanden er uendelig, bliver øjets linse flad, så linsens brændvidde øges, hvor brændvidden (f) skal være lig med billedafstanden (s'). Billedafstanden er afstanden mellem linsen og det punkt, hvor øjets brudte lysstråler skærer hinanden. Det punkt, hvor lysstrålerne skærer hinanden, falder sammen med nethinden. Det kan derfor konkluderes, at når øjet observerer et objekt i en uendelig afstand, bliver øjets linses krumning flad, indtil linsens brændvidde (f) er lig med afstanden mellem øjets linse og nethinden. Lysstrålerne skal skære hinanden ved nethinden, så lyset kan omdannes til elektriske signaler af nervecellerne i nethinden og derefter transmitteres til hjernen af synsnerven.
Det følgende er et matematisk bevis på, hvorfor linsens brændvidde (f) skal være den samme som billedafstanden (s'), når objektafstanden (s) er meget langt væk, eller hvis objektet antages at være uendeligt langt væk. Forholdet mellem brændvidden (f), objektafstanden (s) og billedafstanden (s') udtrykkes gennem følgende ligning.
1/f = 1/s + 1/s' —– Ligning 1
Okularet er en konvergerende linse, derfor er brændvidden (f) positiv. Objektafstanden (s) er uendelig, derfor skal objektafstanden (s) i ligning 1 erstattes med uendelighedstegnet.
1/f = 1/~ + 1/s'
1/f = 0 + 1/s'
1/f = 1/s'
s' = f —– Ligning 2
Ligning 2 viser, at i en konvergerende linse eller konveks linse, hvis objektafstanden er uendelig, så er brændvidden (f) den samme som billedafstanden (s').
Meget tæt objektafstand
Hvad hvis objektet er tæt på øjet? En konkav linse kan danne både virtuelle og reelle billeder. Et reelt billede produceres af en konveks linse, når afstanden til objektet (s) er større end linsens brændvidde (f). Dette er blevet diskuteret i emnet billede af konveks linse.
Det blev tidligere forklaret, at det nærmeste objekt, som et normalt øje kan fokusere korrekt på, er 25 cm. Derfor skal brændvidden være mindre end 25 cm. Den kan heller ikke være 25 cm, for hvis den var det, ville billedet være i uendeligheden, hvilket er urimeligt i betragtning af pupillens lille størrelse.
Beregning til at estimere brændvidden (f) for øjets linsesystem:
1/f = 1/s + 1/s' —– Ligning 1
Nærpunktet for et normalt øje er 25 cm, derfor er afstanden til den nærmeste genstand (s') 25 cm. Afstanden mellem hornhinden og øjet er omkring 2,5 cm. Billedet fremstår klart, hvis lysstrålen falder på nethinden, så afstanden mellem hornhinden og linsen betragtes som billedafstanden (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
Forskellen mellem billedafstanden (s') og brændvidden (f) er 2,5 cm – 2,27 cm = 0,23 cm. Baseret på ovenstående beregningsresultater kan det konkluderes, at brændvidden (f) er mindre end billedafstanden (s'). Øjets brændpunkt er 0,23 cm til venstre for billedpunktet eller nethinden.
Øjets linse er konvergent, så billedet, der dannes på nethinden, er virkeligt, inverteret. Selvom billedet på nethinden er inverteret, gør hjernens nerver det oprejst. Hvordan kan dette forklares? 🙂
Eksempelspørgsmål om optiske øjeninstrumenter
1. EBTANAS-SMP-01-15
Beskrivelsen af billeddannelse ved myopiske øjendefekter er...
Diskussion
Nærsynethed eller myopi er en optisk lidelse i øjet, hvor øjet ikke kan se objekter på afstand tydeligt.
Årsagen til nærsynethed er et mere buet hornhinde-linse-system (den vandrette del af øjeæblet er for lang), så hornhinde-linse-systemets brændvidde reduceres, hvilket får lysstråler fra fjerne punkter til at blive fokuseret foran nethinden. Uendelige lysstråler fokuseres ikke på nethinden, så nerveceller i nethinden ikke kan omdanne lysbølgerne til elektriske signaler, der skal transmitteres til hjernen.
Det rigtige svar er B.
2. EBTANAS-SMP-02-15
Dannelsen af skygger hos personer med nærsynethed er vist på det korrekte billede...
Diskussion
Nærsynethed eller myopi er en optisk lidelse i øjet, hvor øjet ikke kan se objekter på afstand tydeligt.
Årsagen til nærsynethed er et mere buet hornhinde-linse-system (den vandrette del af øjeæblet er for lang), så hornhinde-linse-systemets brændvidde reduceres, hvilket får lysstråler fra fjerne punkter til at blive fokuseret foran nethinden. Uendelige lysstråler fokuseres ikke på nethinden, så nerveceller i nethinden ikke kan omdanne lysbølgerne til elektriske signaler, der skal transmitteres til hjernen.
Det rigtige svar er C.
