Optikai szemműszer anyaga
A szem egy optikai eszköz, amely az ember velejárója. Lehetővé teszi, hogy elolvass egy fizikai cikket 😀, vagy ránézz egy gyönyörű vagy jóképű barátod arcára 🙂 Mi van, ha a szemed nem működik megfelelően? Biztosan tudod a választ erre a kérdésre. Szóval légy hálás, ha még egészséges a szemed és tisztán látsz. Egy vak ember biztosan nem lát, és csak elképzelni tudja a mai világunk állapotát.
Mindenkinek az a reménye, hogy egészséges, jól működő szemei legyenek. A valóság azonban néha elmarad a várakozásoktól. Vannak, akik szemműködési zavarokkal küzdenek, ami megakadályozza őket a tisztán látásban. A tudomány, különösen a fizika fejlődése lehetővé tette olyan vizuális segédeszközök létrehozását, mint a szemüveg és a kontaktlencse.
Ez a cikk a szem működését vizsgálja, amely lehetővé teszi az emberek számára a látást. A szem működésének ebben a cikkben szereplő magyarázata a geometriai optika témájához kapcsolódik , amely magában foglalja a fénytörést, a fókuszálást és a tárgyak képének létrehozását a szem által. A szem részletes ismertetése és annak tényleges működése meghaladja e cikk kereteit. A szem működési zavarait, a szemüveg és a kontaktlencse működését a következő cikkekben ismertetjük.
A szem részei
szaruhártya vagy szemmembrán egy kemény, áttetsző hártya, amely a szem elülső részét borítja. A szembe jutó fénysugarakat a szaruhártya nagyobb mértékben megtöri.
Tanítvány vagy szemgolyók A pupilla az emberi szem fekete része. A pupilla fekete, ezért szinte az összes fényt elnyeli, és szinte semmit sem ver vissza. A pupilla az a nyílás, amelyen keresztül a fény a szembe jut. Minél nagyobb a pupilla, annál több fény jut be a szembe, és fordítva, minél kisebb a pupilla, annál kevesebb fény jut be a szembe.
Írisz vagy írisz Az írisz szabályozza a pupilla méretét. Amikor a szem körüli környezet nagyon világos, az írisz összehúzza a pupillát, amikor pedig sötét, a szivárványhártya kitágítja a pupillát, így több fény jut be a szembe. Ha valaha is megfigyelted a különbséget egy macska pupillája között nappal és éjszaka, könnyen megérted az írisz funkcióját.
A sugárizom feladata a szemlencse görbületének megváltoztatása. A szemlencse görbületének változásai befolyásolják a szemlencse fókusztávolságát. Ha a szem egy nagyon távoli tárgyat figyel meg, a sugárizom ellazul, így a lencse görbületi sugara megnő, és a lencse fókusztávolsága is megnő. Ha a szem egy közeli tárgyat figyel meg, a sugárizom összehúzódik, így a lencse görbületi sugara csökken, és a lencse fókusztávolsága csökken. Tehát közvetve a sugárizom funkciója a szemlencse fókusztávolságának szabályozása, hogy a szem jól tudja fókuszálni a tárgy képét. A szemlencse fókusztávolságának változásait szem akkomodációnak nevezzük.
A szemlencse egy gyűjtőlencse , más néven domború lencse vagy pozitív lencse . Bár a szembe jutó fény nagy része a szaruhártyában megtörik, a lencse a fénysugarakat is megtöri és fókuszálja, így a tárgy képe pontosan kialakul a retinán. A képnek a retinán kell kialakulnia ahhoz, hogy a tárgyak tisztán láthatók legyenek. A retina a fényhullámokat elektromos jelekké alakítja, amelyek ezután a látóidegen keresztül az agyba jutnak.
Maximális és minimális szálláslehetőség
Szem akkomodáció a szemlencse fókusztávolságának (f) beállítása a szem által látott tárgy távolságához, hogy a tárgy képe a retinára fókuszálható legyen. A szemlencse fókusztávolsága a lencse és a lencse fókuszpontja közötti távolság (F). A lencse görbületének változása a lencse görbületi sugarának megváltozását okozza, és ezért a lencse fókusztávolsága is megváltozik, ahogy az a képen látható.
Ha a szem egy tárgyat figyel meg távoli pont, a sugárizom ellazul (ellazul), aminek következtében a szemlencse ellaposodik, így a lencse görbületi sugara és fókusztávolsága megnő. A távolpont a legtávolabbi távolság, amelyre a szem fókuszálni tud, ahol a szem normál távolpontja a végtelen. Amikor a szem a lencse fókusztávolságát úgy állítja be, hogy egy távoli pontban vagy a végtelenben lévő tárgyakra fókuszáljon, a szem minimális szálláslehetőség.
Másrészt, amikor a szem egy közeli tárgyat figyel, a sugárizom megfeszül (összehúzódik), ami a szemlencse görbültebbé válását okozza, így a lencse görbületi sugara és fókusztávolsága megnő. A szemhez legközelebb eső tárgynak azt a távolságát, amelyre a szem még képes fókuszálni, közeli pontEgy átlagos ember közelpontja 25 cm. Amikor a szem egy közeli ponton (25 cm) lévő tárgyra fókuszál, a szem maximálisan akkomodál.
Egy tárgy árnyékának kialakulása
Nagyon távoli tárgy távolsága
Ha a tárgytávolság végtelen, a szemlencse ellaposodik, így a lencse fókusztávolsága megnő, ahol a fókusztávolságnak (f) meg kell egyeznie a képtávolsággal (s'). A képtávolság a lencse és a szem megtört fénynyalábjainak metszéspontja közötti távolság. A fénynyalábok metszéspontja egybeesik a retinával. Tehát arra a következtetésre juthatunk, hogy amikor a szem egy végtelen távolságban lévő tárgyat figyel, a szemlencse görbülete ellaposodik, amíg a lencse fókusztávolsága (f) meg nem egyezik a szemlencse és a retina közötti távolsággal. A fénynyaláboknak a retinánál kell metszeniük egymást ahhoz, hogy a fényt a retina idegsejtjei elektromos jelekké alakíthassák, majd a látóideg segítségével az agyba juttassák.
A következő matematikai bizonyítás arra mutat, hogy miért kell a lencse fókusztávolságának (f) megegyeznie a képtávolsággal (s'), ha a tárgy távolsága (s) nagyon messze van, vagy ha a tárgyat végtelenül messze lévőnek feltételezzük. A fókusztávolság (f), a tárgytávolság (s) és a képtávolság (s') közötti kapcsolatot a következő egyenlet fejezi ki.
1/f = 1/s + 1/s' —– 1. egyenlet
A szemlencse egy gyűjtőlencse, ezért a fókusztávolság (f) pozitív. A tárgytávolság (s) végtelen, ezért az 1. egyenletben a tárgytávolságot (s) helyettesítsük be a végtelen jellel.
1/f = 1/~ + 1/s'
1/f = 0 + 1/s'
1/f = 1/s'
s' = f —– 2. egyenlet
A 2. egyenlet azt mutatja, hogy egy gyűjtőlencsében vagy domború lencsében, ha a tárgytávolság végtelen, akkor a fókusztávolság (f) megegyezik a képtávolsággal (s').
Nagyon közeli tárgy távolsága
Mi van, ha a tárgy közel van a szemhez? Egy homorú lencse képes virtuális és valós képeket is létrehozni. Valódi képet egy domború lencse hoz létre, ha a tárgy távolsága (s) nagyobb, mint a lencse fókusztávolsága (f). Ezt a témában már tárgyaltuk. domború lencse kép.
Korábban elmagyaráztuk, hogy a legközelebbi tárgy, amelyre egy normál szem megfelelően fókuszálni tud, 25 cm távolságra van. Ezért a fókusztávolságnak kisebbnek kell lennie, mint 25 cm. Nem is lehet 25 cm, mert ha az lenne, a kép végtelenben lenne, ami a pupilla kis mérete miatt ésszerűtlen.
Számítás a szemlencse-rendszer fókusztávolságának (f) becsléséhez:
1/f = 1/s + 1/s' —– 1. egyenlet
Egy normál szem közelpontja 25 cm, ezért a legközelebbi tárgytávolság (s) 25 cm. A szaruhártya és a szem közötti távolság körülbelül 2,5 cm. A kép élesnek tűnik, ha a fénysugár a retinára esik, ezért a szaruhártya és a lencse közötti távolságot tekintjük képtávolságnak (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
A képtávolság (s') és a fókusztávolság (f) közötti különbség 2,5 cm – 2,27 cm = 0,23 cm. A fenti számítási eredmények alapján arra lehet következtetni, hogy a fókusztávolság (f) kisebb, mint a képtávolság (s'). A szem fókuszpontja 0,23 cm-rel balra található a képponttól vagy retinától.
A szemlencse konvergens, így a retinán képződő kép, bár valós, fordított. Annak ellenére, hogy a retinán lévő kép fordított, az agy idegei függőlegesen állítják. Hogyan magyarázható ez? 🙂
Példakérdések optikai szemészeti eszközökről
1. EBTANAS-SMP-01-15
A rövidlátó szemhibák képalkotásának leírása...
Vita
A rövidlátás vagy myopia a szem optikai rendellenessége, amelyben a szem nem látja tisztán a távolban lévő tárgyakat.
A rövidlátás oka a szaruhártya-lencse rendszer görbültebb felépítése (a szemgolyó vízszintes része túl hosszú), ami miatt a szaruhártya-lencse rendszer fókusztávolsága csökken, ami miatt a távoli pontból érkező fénysugarak a retina elé fókuszálódnak. A végtelen fénysugarak nem fókuszálódnak a retinára, így a retina idegsejtjei nem tudják a fényhullámokat elektromos jelekké alakítani, amelyeket az agyba továbbítanának.
A helyes válasz a B.
2. EBTANAS-SMP-02-15
A rövidlátásban szenvedőknél az árnyékok kialakulása a helyes képen látható...
Vita
A rövidlátás vagy myopia a szem optikai rendellenessége, amelyben a szem nem látja tisztán a távolban lévő tárgyakat.
A rövidlátás oka a szaruhártya-lencse rendszer görbültebb felépítése (a szemgolyó vízszintes része túl hosszú), ami miatt a szaruhártya-lencse rendszer fókusztávolsága csökken, ami miatt a távoli pontból érkező fénysugarak a retina elé fókuszálódnak. A végtelen fénysugarak nem fókuszálódnak a retinára, így a retina idegsejtjei nem tudják a fényhullámokat elektromos jelekké alakítani, amelyeket az agyba továbbítanának.
A helyes válasz a C.
