Optisen silmän instrumenttimateriaali
Mata Silmät ovat ihmisille luontainen optinen laite. Silmien avulla voit lukea fysiikan artikkeleita 😀 tai katsella kauniin tai komean poikaystävän kasvoja 🙂 Entä jos silmäsi eivät toimi kunnolla? Tiedät varmasti vastauksen tähän kysymykseen. Ole siis kiitollinen, jos sinulla on vielä terveet silmät ja näet selvästi. Sokea ihminen ei todellakaan voi nähdä ja voi vain kuvitella, missä tilassa maailma tänä päivänä elämme.
Terveet ja hyvin toimivat silmät ovat jokaisen toive. Todellisuus ei kuitenkaan aina vastaa odotuksia. Jotkut ihmiset ovat kohtalokkaita kokemaan silmien toimintahäiriöitä, jotka estävät heitä näkemästä selvästi. Tieteen, erityisesti fysiikan, kehitys on mahdollistanut näköapuvälineiden, kuten silmälasien ja piilolinssien, kehittämisen.
Tässä artikkelissa tarkastellaan, miten silmä toimii niin, että ihmiset voivat nähdä. Artikkelissa esitetty silmän toiminnan selitys liittyy aiheeseen. geometrinen optiikka johon kuuluu valon taittuminen, tarkentuminen ja silmän muodostama kuva esineistä. Silmän yksityiskohtainen selitys ja sen toimintaperiaate eivät kuulu tämän artikkelin piiriin. Silmän toimintahäiriöt silmälasilinssit dan piilolinssit selitetään seuraavassa artikkelissa.
Silmän osat
sarveiskalvo atau silmän kalvo on kova, läpikuultava kalvo, joka peittää silmän etuosan. Sarveiskalvo taittaa silmään saapuvat valonsäteet suuremmassa määrin.
Oppilas atau silmämunat Pupilli on ihmissilmän musta osa. Pupilli on musta, joten se absorboi lähes kaiken valon eikä heijasta juuri mitään takaisin. Pupilli on aukko, jonka läpi valo kulkee silmään. Mitä suurempi pupilli on, sitä enemmän valoa pääsee silmään, ja päinvastoin, mitä pienempi pupilli on, sitä vähemmän valoa pääsee silmään.
Iiris atau iiris Iiris säätelee pupillin kokoa. Kun silmää ympäröivä ympäristö on hyvin kirkas, iiris supistaa pupillia, ja hämärässä iiris laajentaa pupillia, jolloin silmään pääsee enemmän valoa. Jos olet joskus havainnut kissan pupillien eron päivällä ja yöllä, ymmärrät helposti iiriksen toiminnan.
Sädelihas toimii silmän linssin kaarevuuden muuttamiseksi. Silmän linssin kaarevuuden muutokset vaikuttavat silmän linssin polttoväliin. Jos silmä havaitsee kohdetta hyvin kaukaa, sädelihas rentoutuu, jolloin linssin kaarevuussäde kasvaa ja linssin polttoväli kasvaa. Jos silmä havaitsee kohdetta läheltä, sädelihas supistuu, jolloin linssin kaarevuussäde pienenee ja linssin polttoväli pienenee. Joten epäsuorasti sädelihaksen tehtävänä on kontrolloida silmän linssin polttoväliä, jotta silmä voi tarkentaa kohteen kuvan oikein. Silmän linssin polttovälin muutoksia kutsutaan silmien akkommodaatio.
Silmän linssi mukaan lukien konvergenttilinssi tai kupera linssi tai positiivinen linssiVaikka silmään tulevan valon taittuminen tapahtuu pääasiassa sarveiskalvossa, myös linssi taittaa ja kohdistaa valonsäteitä siten, että kohteen kuva muodostuu tarkasti verkkokalvolle. Kuvan on muodostuttava verkkokalvolle, jotta kohteet näkyvät selvästi. Verkkokalvo muuntaa valoaallot sähköisiksi signaaleiksi, jotka sitten välittyvät näköhermon kautta aivoihin.
Maksimi- ja vähimmäismajoitus
Silmän akkommodaatio on silmän linssin polttovälin (f) säätäminen silmän näkemän kohteen etäisyyteen siten, että kohteen kuva voidaan tarkentaa verkkokalvolle. Silmän linssin polttoväli on linssin ja linssin polttopisteen välinen etäisyys (F). Linssin kaarevuuden muutokset aiheuttavat linssin kaarevuussäteen muutoksen ja siten linssin polttovälin muutoksen, kuten kuvassa näkyy.
Jos silmä havaitsee esineen kaukainen piste, sädelihas rentoutuu, jolloin silmän linssi litistyy niin, että linssin kaarevuussäde ja polttoväli kasvavat. Kaukopiste on kaukaisin etäisyys, johon silmä voi tarkentaa, kun taas silmän normaali kaukainen piste on ääretön. Kun silmä säätää linssin polttoväliä tarkentaakseen kaukana olevaan pisteeseen tai äärettömyydessä oleviin kohteisiin, silmä vähimmäismajoitus.
Toisaalta, kun silmä havaitsee lähellä olevaa kohdetta, sädelihas jännittyy (supistuu), mikä aiheuttaa silmän linssin kaarevuuden, jolloin linssin kaarevuussäde ja polttoväli kasvavat. Silmää lähimpänä olevan kohteen etäisyyttä, johon silmä voi vielä tarkentaa, kutsutaan lähellä oleva pisteKeskimääräisellä ihmisellä on lähietäisyyden pituus 25 cm. Kun silmä tarkentuu lähellä (25 cm) olevaan kohteeseen, silmän akkommodaatio on maksimaalista.
Kohteen varjon muodostuminen
Hyvin kaukana olevan kohteen etäisyys
Jos kohteen etäisyys on ääretön, silmän linssi litistyy, jolloin linssin polttoväli kasvaa, jolloin polttovälin (f) on oltava yhtä suuri kuin kuvaetäisyys (s'). Kuvaetäisyys on linssin ja silmän taittuneiden valonsäteiden leikkauspisteen välinen etäisyys. Valonsäteiden leikkauspiste on verkkokalvon kohdalla. Voidaan siis päätellä, että kun silmä havaitsee kohdetta äärettömän etäisyydellä, silmän linssin kaarevuus litistyy, kunnes linssin polttoväli (f) on yhtä suuri kuin silmän linssin ja verkkokalvon välinen etäisyys. Valonsäteiden on leikattava verkkokalvolla, jotta verkkokalvon hermosolut voivat muuntaa valon sähköisiksi signaaleiksi ja sitten välittää sen aivoihin näköhermon kautta.
Seuraavassa on matemaattinen todistus siitä, miksi linssin polttovälin (f) on oltava sama kuin kuvan etäisyys (s'), kun kohteen etäisyys (s) on hyvin kaukana tai jos kohteen oletetaan olevan äärettömän kaukana. Polttovälin (f), kohteen etäisyyden (s) ja kuvan etäisyyden (s') välinen suhde ilmaistaan seuraavalla yhtälöllä.
1/f = 1/s + 1/s' —– Yhtälö 1
Okulaari on kokoava linssi, joten polttoväli (f) on positiivinen. Kohteen etäisyys (s) on ääretön, joten korvaa kohteen etäisyys (s) yhtälössä 1 äärettömyyden symbolilla.
1/f = 1/~ + 1/s'
1/f = 0 + 1/s'
1/f = 1/s'
s' = f —– Yhtälö 2
Yhtälö 2 osoittaa, että kokoavassa linssissä eli kuperassa linssissä, jos kohteen etäisyys on ääretön, polttoväli (f) on sama kuin kuvan etäisyys (s').
Hyvin lähellä olevan kohteen etäisyys
Entä jos kohde on lähellä silmää? Kovera linssi voi muodostaa sekä virtuaalisia että todellisia kuvia. Todellinen kuva syntyy kuperasta linssistä, kun kohteen etäisyys (s) on suurempi kuin linssin polttoväli (f). Tätä on käsitelty aiheessa kupera linssikuva.
Aiemmin selitettiin, että lähin kohde, johon normaali silmä voi tarkentaa kunnolla, on 25 cm. Siksi polttovälin on oltava alle 25 cm. Se ei myöskään voi olla 25 cm, koska jos se olisi, kuva olisi äärettömässä, mikä on kohtuutonta ottaen huomioon pupillin pienen koon.
Laskelma silmän linssijärjestelmän polttovälin (f) arvioimiseksi:
1/f = 1/s + 1/s' —– Yhtälö 1
Normaalin silmän lähipiste on 25 cm, joten lähimmän kohteen etäisyys (s) on 25 cm. Sarveiskalvon ja silmän välinen etäisyys on noin 2,5 cm. Kuva näyttää selkeältä, jos valonsäde osuu verkkokalvolle, joten sarveiskalvon ja linssin välistä etäisyyttä pidetään kuvaetäisyydenä (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
Kuvaetäisyyden (s') ja polttovälin (f) välinen ero on 2,5 cm – 2,27 cm = 0,23 cm. Yllä olevien laskutulosten perusteella voidaan päätellä, että polttoväli (f) on pienempi kuin kuvaetäisyys (s'). Silmän polttopiste on 0,23 cm kuvapisteen eli verkkokalvon vasemmalla puolella.
Silmän linssi on konvergentti, joten verkkokalvolle muodostuva kuva, vaikka se on todellinen, on käänteinen. Vaikka verkkokalvolla oleva kuva on käänteinen, aivojen hermot kääntävät sen oikein päin. Miten tämä voidaan selittää? 🙂
Esimerkkikysymyksiä optisista silmäinstrumenteista
1. EBTANAS-SMP-01-15
Kuvaus kuvan muodostumisesta likinäköisissä silmävaurioissa on...
Keskustelu
Kaukonäköisyys tai likinäköisyys on silmän näköhäiriö, jossa silmä ei näe selvästi kaukana olevia esineitä.
Likinäköisyyden syynä on kaarevampi sarveiskalvo-linssijärjestelmä (silmämunan vaakasuora osa on liian pitkä), minkä seurauksena sarveiskalvo-linssijärjestelmän polttoväli lyhenee, jolloin kaukaisista pisteistä tulevat valonsäteet keskittyvät verkkokalvon eteen. Äärettömät valonsäteet eivät keskity verkkokalvolle, joten verkkokalvon hermosolut eivät voi muuntaa valoaaltoja sähköisiksi signaaleiksi, jotka välittyvät aivoihin.
Oikea vastaus on B.
2. EBTANAS-SMP-02-15
Varjojen muodostuminen likinäköisillä ihmisillä näkyy oikeassa kuvassa...
Keskustelu
Kaukonäköisyys tai likinäköisyys on silmän näköhäiriö, jossa silmä ei näe selvästi kaukana olevia esineitä.
Likinäköisyyden syynä on kaarevampi sarveiskalvo-linssijärjestelmä (silmämunan vaakasuora osa on liian pitkä), minkä seurauksena sarveiskalvo-linssijärjestelmän polttoväli lyhenee, jolloin kaukaisista pisteistä tulevat valonsäteet keskittyvät verkkokalvon eteen. Äärettömät valonsäteet eivät keskity verkkokalvolle, joten verkkokalvon hermosolut eivät voi muuntaa valoaaltoja sähköisiksi signaaleiksi, jotka välittyvät aivoihin.
Oikea vastaus on C.
