materiale per strumenti ottici per la vista
L'occhio è uno strumento ottico innato nell'essere umano. Ti permette di leggere un articolo di fisica 😀 o di ammirare il volto di un fidanzato o una fidanzata attraente 🙂 Cosa succederebbe se la tua vista non funzionasse correttamente? Sicuramente conosci già la risposta a questa domanda. Quindi, sii grato/a se hai ancora occhi sani e riesci a vedere chiaramente. Una persona cieca non può certo vedere e può solo immaginare lo stato del mondo in cui viviamo oggi.
Avere occhi sani e funzionanti è il desiderio di tutti. Tuttavia, la realtà a volte non corrisponde alle aspettative. Alcune persone sono destinate a soffrire di disfunzioni oculari che impediscono loro di vedere chiaramente. I progressi scientifici, in particolare nel campo della fisica, hanno reso possibile la creazione di ausili visivi come occhiali e lenti a contatto.
Questo articolo esamina il funzionamento dell'occhio, che permette agli esseri umani di vedere. La spiegazione del funzionamento dell'occhio qui presentata si ricollega al tema dell'ottica geometrica , che comprende la rifrazione della luce, la messa a fuoco e la formazione delle immagini degli oggetti da parte dell'occhio. Una spiegazione dettagliata dell'occhio e del suo effettivo funzionamento esula dagli scopi di questo articolo. Le disfunzioni oculari, il funzionamento degli occhiali e delle lenti a contatto sono trattati in articoli successivi.
Parti dell'occhio
cornea Atau membrana oculare La cornea è una membrana dura e traslucida che ricopre la parte anteriore dell'occhio. I raggi luminosi che entrano nell'occhio vengono rifratti in misura maggiore dalla cornea.
Allievo Atau bulbi oculari La pupilla è la parte nera dell'occhio umano. Essendo nera, assorbe quasi tutta la luce e non ne riflette quasi nessuna. La pupilla è l'apertura attraverso cui la luce entra nell'occhio. Più la pupilla è grande, più luce entra nell'occhio e, viceversa, più è piccola, meno luce entra.
Iris Atau iris L'iride controlla le dimensioni della pupilla. Quando l'ambiente circostante è molto luminoso, l'iride restringe la pupilla, mentre quando l'ambiente è buio, l'iride dilata la pupilla, permettendo a più luce di entrare nell'occhio. Se avete mai osservato la differenza tra le pupille di un gatto di giorno e di notte, comprenderete facilmente la funzione dell'iride.
Il muscolo ciliare ha la funzione di modificare la curvatura del cristallino. Le variazioni di curvatura del cristallino influenzano la sua lunghezza focale. Se l'occhio osserva un oggetto molto lontano, il muscolo ciliare si rilassa, aumentando il raggio di curvatura del cristallino e, di conseguenza, la sua lunghezza focale. Se l'occhio osserva un oggetto vicino, il muscolo ciliare si contrae, riducendo il raggio di curvatura e, di conseguenza, la sua lunghezza focale. Indirettamente, quindi, la funzione del muscolo ciliare è quella di controllare la lunghezza focale del cristallino, in modo che l'occhio possa mettere a fuoco correttamente l'immagine dell'oggetto. Le variazioni della lunghezza focale del cristallino sono chiamate accomodazione oculare.
Il cristallino dell'occhio è una lente convergente, detta anche convessa o positiva . Sebbene la maggior parte della luce che entra nell'occhio venga rifratta dalla cornea, il cristallino rifrange e focalizza i raggi luminosi in modo che l'immagine di un oggetto si formi con precisione sulla retina. L'immagine deve formarsi sulla retina affinché gli oggetti possano essere visti chiaramente. La retina converte le onde luminose in segnali elettrici che vengono poi trasmessi attraverso il nervo ottico al cervello.
Posti letto massimi e minimi
Accomodazione oculare La focalizzazione consiste nella regolazione della lunghezza focale (f) del cristallino in base alla distanza dell'oggetto osservato, in modo che l'immagine dell'oggetto possa essere messa a fuoco sulla retina. La lunghezza focale del cristallino è la distanza tra il cristallino e il suo punto focale (F). Le variazioni di curvatura del cristallino causano una variazione del raggio di curvatura e, di conseguenza, della lunghezza focale, come illustrato nell'immagine.
Se l'occhio osserva un oggetto su punto lontano, il muscolo ciliare si rilassa (rilassa) facendo sì che il cristallino dell'occhio diventi più piatto in modo che il raggio di curvatura e la lunghezza focale del cristallino aumentino. Il punto remoto è la distanza più lontana a cui l'occhio può mettere a fuoco, mentre il normale punto remoto dell'occhio è l'infinito. Quando l'occhio regola la lunghezza focale del cristallino per mettere a fuoco oggetti in un punto lontano o oggetti all'infinito, l'occhio alloggio minimo.
D'altra parte, quando l'occhio osserva un oggetto a distanza ravvicinata, il muscolo ciliare si tende (si contrae) causando una maggiore curvatura del cristallino, in modo che il raggio di curvatura e la lunghezza focale del cristallino aumentino. La distanza dell'oggetto più vicino all'occhio su cui l'occhio può ancora mettere a fuoco è chiamata punto vicinoLa distanza prossimale media di un essere umano è di 25 cm. Quando l'occhio mette a fuoco un oggetto vicino (25 cm), l'accomodazione è massima.
Formazione dell'ombra di un oggetto
Distanza dell'oggetto molto lontano
Se la distanza dell'oggetto è infinita, il cristallino dell'occhio si appiattisce, cosicché la sua lunghezza focale aumenta, fino a raggiungere la distanza dell'immagine (s'). La distanza dell'immagine è la distanza tra il cristallino e il punto di intersezione dei raggi luminosi rifratti dall'occhio. Il punto di intersezione coincide con la retina. Si può quindi concludere che, quando l'occhio osserva un oggetto a distanza infinita, la curvatura del cristallino si appiattisce fino a quando la sua lunghezza focale (f) non è uguale alla distanza tra il cristallino e la retina. I raggi luminosi devono intersecarsi sulla retina affinché la luce possa essere convertita in segnali elettrici dalle cellule nervose della retina e quindi trasmessa al cervello tramite il nervo ottico.
Di seguito viene fornita una dimostrazione matematica del perché, quando la distanza dell'oggetto (s) è molto grande o se si assume che l'oggetto sia infinitamente lontano, la lunghezza focale della lente (f) deve essere uguale alla distanza dell'immagine (s'). La relazione tra la lunghezza focale (f), la distanza dell'oggetto (s) e la distanza dell'immagine (s') è espressa dalla seguente equazione.
1/f = 1/s + 1/s' —– Equazione 1
L'oculare è una lente convergente, quindi la lunghezza focale (f) è positiva. La distanza dell'oggetto (s) è infinita, quindi sostituiamo la distanza dell'oggetto (s) nell'equazione 1 con il simbolo di infinito.
1/f = 1/~ + 1/s'
1/f = 0 + 1/s'
1/f = 1/s'
s' = f —– Equazione 2
L'equazione 2 mostra che in una lente convergente o convessa, se la distanza dell'oggetto è infinita, allora la lunghezza focale (f) è uguale alla distanza dell'immagine (s').
Distanza dell'oggetto molto ravvicinato
Cosa succede se l'oggetto è vicino all'occhio? Una lente concava può formare sia immagini virtuali che reali. Un'immagine reale viene prodotta da una lente convessa quando la distanza dell'oggetto (s) è maggiore della lunghezza focale della lente (f). Questo argomento è stato trattato nella sezione successiva. immagine della lente convessa.
Come spiegato in precedenza, l'oggetto più vicino che un occhio normale può mettere a fuoco correttamente si trova a 25 cm. Pertanto, la lunghezza focale deve essere inferiore a 25 cm. Non può essere pari a 25 cm perché, se così fosse, l'immagine si troverebbe all'infinito, il che è irrealistico date le piccole dimensioni della pupilla.
Calcolo per stimare la lunghezza focale (f) del sistema di lenti oculari:
1/f = 1/s + 1/s' —– Equazione 1
Il punto prossimo di un occhio normale è di 25 cm, quindi la distanza dell'oggetto più vicino (s) è di 25 cm. La distanza tra la cornea e l'occhio è di circa 2,5 cm. L'immagine appare nitida se il fascio di luce cade sulla retina, quindi la distanza tra la cornea e il cristallino è considerata come la distanza dell'immagine (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
La differenza tra la distanza dell'immagine (s') e la distanza focale (f) è 2,5 cm – 2,27 cm = 0,23 cm. In base ai risultati del calcolo precedente, si può concludere che la distanza focale (f) è minore della distanza dell'immagine (s'). Il punto focale dell'occhio si trova 0,23 cm a sinistra del punto immagine o della retina.
Il cristallino dell'occhio è convergente, quindi l'immagine che si forma sulla retina, sebbene reale, è invertita. Nonostante l'immagine sulla retina sia invertita, i nervi del cervello la raddrizzano. Come si può spiegare questo fenomeno? 🙂
Esempi di domande sugli strumenti ottici per la vista
1. EBTANAS-SMP-01-15
La descrizione della formazione dell'immagine nei difetti dell'occhio miope è...
Discussione
La miopia è un disturbo ottico dell'occhio che impedisce di vedere chiaramente gli oggetti lontani.
La causa della miopia è una curvatura eccessiva del sistema corneale-cristallino (la parte orizzontale del bulbo oculare è troppo lunga), che riduce la lunghezza focale del sistema stesso. Di conseguenza, i raggi luminosi provenienti da punti distanti vengono focalizzati davanti alla retina. L'infinità di raggi luminosi non viene focalizzata sulla retina, impedendo alle cellule nervose retiniche di convertire le onde luminose in segnali elettrici da trasmettere al cervello.
La risposta corretta è B.
2. EBTANAS-SMP-02-15
La formazione delle ombre nelle persone con miopia è illustrata nell'immagine corretta...
Discussione
La miopia è un disturbo ottico dell'occhio che impedisce di vedere chiaramente gli oggetti lontani.
La causa della miopia è una curvatura eccessiva del sistema corneale-cristallino (la parte orizzontale del bulbo oculare è troppo lunga), che riduce la lunghezza focale del sistema stesso. Di conseguenza, i raggi luminosi provenienti da punti distanti vengono focalizzati davanti alla retina. L'infinità di raggi luminosi non viene focalizzata sulla retina, impedendo alle cellule nervose retiniche di convertire le onde luminose in segnali elettrici da trasmettere al cervello.
La risposta corretta è C.
