Materijal za optičke instrumente za oko
Oko je optički instrument svojstven ljudima. Omogućuje vam čitanje članka iz fizike 😀 ili gledanje u lice lijepog ili zgodnog dečka 🙂 Što ako vam oči ne funkcioniraju ispravno? Sigurno znate odgovor na ovo pitanje. Stoga, budite zahvalni ako još uvijek imate zdrave oči i jasno vidite. Slijepa osoba sigurno ne može vidjeti i može samo zamišljati stanje svijeta u kojem danas živimo.
Svatko želi imati zdrave i dobro funkcionalne oči. Međutim, stvarnost ponekad ne ispunjava očekivanja. Nekim ljudima je suđeno da iskuse disfunkciju oka, što im sprječava jasan vid. Napredak znanosti, posebno fizike, omogućio je stvaranje vizualnih pomagala poput naočala i kontaktnih leća.
Ovaj članak ispituje kako oko funkcionira, omogućujući ljudima da vide. Objašnjenje načina rada oka u ovom članku odnosi se na temu geometrijske optike , koja uključuje lom svjetlosti, fokusiranje i stvaranje slika objekata okom. Detaljno objašnjenje oka i kako ono zapravo funkcionira izvan je okvira ovog članka. Disfunkcije oka, kako funkcioniraju naočale i kontaktne leće , objašnjeni su u sljedećim člancima.
Dijelovi oka
kornea ili očna membrana je tvrda, prozirna membrana koja prekriva prednji dio oka. Svjetlosne zrake koje ulaze u oko lome se u većoj mjeri u rožnici.
Učenik ili očne jabučice Zjenica je crni dio ljudskog oka. Zjenica je crna, stoga apsorbira gotovo svu svjetlost i gotovo ništa ne reflektira natrag. Zjenica je otvor kroz koji svjetlost prolazi u oko. Što je zjenica veća, više svjetlosti ulazi u oko, i obrnuto, što je zjenica manja, manje svjetlosti ulazi u oko.
iris ili iris Šarenica kontrolira veličinu zjenice. Kada je okolina oko oka vrlo svijetla, šarenica sužava zjenicu, a kada je okolina tamna, šarenica proširuje zjenicu, omogućujući više svjetla da uđe u oko. Ako ste ikada primijetili razliku u zjenicama mačke danju i noću, lako ćete razumjeti funkciju šarenice.
Cilijarni mišić djeluje tako da mijenja zakrivljenost očne leće. Promjene zakrivljenosti očne leće utječu na žarišnu duljinu očne leće. Ako oko promatra objekt na vrlo velikoj udaljenosti, cilijarni mišić će se opustiti tako da se radijus zakrivljenosti leće povećava, a žarišna duljina leće povećava. Ako oko promatra objekt na maloj udaljenosti, cilijarni mišić se kontrahira tako da se radijus zakrivljenosti leće smanjuje, a žarišna duljina leće smanjuje. Dakle, neizravno je funkcija cilijarnog mišića kontrolirati žarišnu duljinu očne leće kako bi oko moglo dobro fokusirati sliku objekta. Promjene žarišne duljine očne leće nazivaju se akomodacija oka.
Leća oka je konvergentna leća, poznata i kao konveksna leća ili pozitivna leća . Iako se većina svjetlosti koja ulazi u oko lomi u rožnici, leća također lomi i fokusira svjetlosne zrake tako da se slika predmeta precizno formira na mrežnici. Slika se mora formirati na mrežnici da bi se predmeti jasno vidjeli. Mrežnica pretvara svjetlosne valove u električne signale koji se zatim prenose kroz vidni živac do mozga.
Maksimalni i minimalni smještaj
Akomodacija oka je prilagodba žarišne duljine (f) očne leće udaljenosti predmeta koji oko vidi, tako da se slika predmeta može fokusirati na mrežnici. Žarišna duljina očne leće je udaljenost između leće i žarišne točke leće (F). Promjene zakrivljenosti leće uzrokuju promjenu polumjera zakrivljenosti leće i stoga se mijenja žarišna duljina leće, kao što je prikazano na slici.
Ako oko promatra objekt na udaljena točka, cilijarni mišić se opušta (relaksira) uzrokujući da leća oka postane ravnija tako da se radijus zakrivljenosti i žarišna duljina leće povećavaju. Daleka točka je najveća udaljenost na koju oko može fokusirati, gdje je normalna daleka točka oka beskonačnost. Kada oko prilagodi žarišnu duljinu leće kako bi fokusiralo objekte u dalekoj točki ili objekte u beskonačnosti, oko minimalni smještaj.
S druge strane, kada oko promatra objekt izbliza, cilijarni mišić se napreže (kontraktira) uzrokujući da očna leća postane zakrivljenija tako da se povećavaju radijus zakrivljenosti i žarišna duljina leće. Udaljenost objekta najbližeg oku na koju oko još uvijek može fokusirati naziva se bliska točkaProsječni čovjek ima blizinu od 25 cm. Kada se oko fokusira na objekt u blizini (25 cm), oko se maksimalno akomodira.
Formiranje sjene objekta
Vrlo velika udaljenost objekta
Ako je udaljenost objekta beskonačna, očna leća postaje ravna tako da se žarišna duljina leće povećava, pri čemu žarišna duljina (f) mora biti jednaka udaljenosti slike (s'). Udaljenost slike je udaljenost između leće i točke u kojoj se sijeku lomljene svjetlosne zrake oka. Točka u kojoj se svjetlosne zrake sijeku podudara se s mrežnicom. Dakle, može se zaključiti da kada oko promatra objekt na beskonačnoj udaljenosti, zakrivljenost očne leće postaje ravna sve dok žarišna duljina leće (f) ne bude jednaka udaljenosti između očne leće i mrežnice. Svjetlosne zrake moraju se sijeći na mrežnici kako bi se svjetlost mogla pretvoriti u električne signale živčanim stanicama u mrežnici, a zatim prenijeti u mozak vidnim živcem.
Slijedi matematički dokaz zašto, kada je udaljenost objekta (s) vrlo velika ili ako se pretpostavlja da je objekt beskonačno udaljen, žarišna duljina leće (f) mora biti jednaka udaljenosti slike (s'). Odnos između žarišne duljine (f), udaljenosti objekta (s) i udaljenosti slike (s') izražava se sljedećom jednadžbom.
1/f = 1/s + 1/s' —– Jednadžba 1
Okular je konvergentna leća, stoga je žarišna duljina (f) pozitivna. Udaljenost objekta (s) je beskonačna, stoga zamijenite udaljenost objekta (s) u jednadžbi 1 simbolom beskonačnosti.
1/f = 1/~ + 1/s'
1/f = 0 + 1/s'
1/f = 1/s'
s' = f —– Jednadžba 2
Jednadžba 2 pokazuje da je u konvergentnoj ili konveksnoj leći, ako je udaljenost objekta beskonačna, žarišna duljina (f) jednaka udaljenosti slike (s').
Vrlo bliska udaljenost objekta
Što ako je objekt blizu oka? Konkavna leća može stvarati i virtualne i stvarne slike. Stvarnu sliku stvara konveksna leća kada je udaljenost objekta (s) veća od žarišne duljine leće (f). O tome je već bilo riječi u temi slika konveksne leće.
Prethodno je objašnjeno da je najbliži objekt koji normalno oko može pravilno fokusirati 25 cm. Stoga žarišna duljina mora biti manja od 25 cm. Također ne može biti 25 cm jer bi u tom slučaju slika bila u beskonačnosti, što je nerazumno s obzirom na malu veličinu zjenice.
Izračun za procjenu žarišne duljine (f) sustava očnih leća:
1/f = 1/s + 1/s' —– Jednadžba 1
Bliska točka normalnog oka je 25 cm, stoga je najbliža udaljenost objekta (s) 25 cm. Udaljenost između rožnice i oka je oko 2,5 cm. Slika izgleda jasno ako svjetlosna zraka padne na mrežnicu, pa se udaljenost između rožnice i leće smatra slikovnom udaljenošću (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
Razlika između udaljenosti slike (s') i žarišne udaljenosti (f) iznosi 2,5 cm – 2,27 cm = 0,23 cm. Na temelju gornjih rezultata izračuna može se zaključiti da je žarišna udaljenost (f) manja od udaljenosti slike (s'). Žarišna točka oka nalazi se 0,23 cm lijevo od točke slike ili mrežnice.
Leća oka je konvergentna, pa je slika koja se formira na mrežnici, iako stvarna, invertirana. Iako je slika na mrežnici invertirana, moždani živci je uspravno prikazuju. Kako se to može objasniti? 🙂
Primjeri pitanja o optičkim instrumentima za oči
1. EBTANAS-SMP-01-15
Opis formiranja slike kod kratkovidnih očnih defekata je...
Rasprava
Kratkovidnost ili miopija je optički poremećaj oka kod kojeg oko ne može jasno vidjeti predmete na daljinu.
Uzrok kratkovidnosti je zakrivljeniji sustav rožnice i leće (horizontalni dio očne jabučice je predugačak) tako da se žarišna duljina sustava rožnice i leće smanjuje, što uzrokuje da se svjetlosne zrake iz udaljenih točaka fokusiraju ispred mrežnice. Beskonačne svjetlosne zrake nisu fokusirane na mrežnicu tako da živčane stanice u mrežnici ne mogu pretvoriti svjetlosne valove u električne signale koji se prenose u mozak.
Točan odgovor je B.
2. EBTANAS-SMP-02-15
Stvaranje sjena kod osoba s kratkovidnošću prikazano je na ispravnoj slici...
Rasprava
Kratkovidnost ili miopija je optički poremećaj oka kod kojeg oko ne može jasno vidjeti predmete na daljinu.
Uzrok kratkovidnosti je zakrivljeniji sustav rožnice i leće (horizontalni dio očne jabučice je predugačak) tako da se žarišna duljina sustava rožnice i leće smanjuje, što uzrokuje da se svjetlosne zrake iz udaljenih točaka fokusiraju ispred mrežnice. Beskonačne svjetlosne zrake nisu fokusirane na mrežnicu tako da živčane stanice u mrežnici ne mogu pretvoriti svjetlosne valove u električne signale koji se prenose u mozak.
Točan odgovor je C.
