Optinio akies instrumento medžiaga
Akis yra žmogui būdingas optinis instrumentas. Ji leidžia perskaityti fizikos straipsnį 😀 arba pažvelgti į gražaus ar patrauklaus vaikino veidą 🙂 O kas, jei jūsų akys neveikia tinkamai? Jūs tikrai žinote atsakymą į šį klausimą. Taigi, būkite dėkingi, jei vis dar turite sveikas akis ir galite aiškiai matyti. Aklasis tikrai negali matyti ir gali tik įsivaizduoti, kokioje būsenoje šiandien gyvename.
Sveikos, gerai funkcionuojančios akys yra kiekvieno viltis. Tačiau realybė kartais nepateisina lūkesčių. Kai kuriems žmonėms lemta patirti akių disfunkciją, dėl kurios jie negali aiškiai matyti. Mokslo, ypač fizikos, pažanga leido sukurti regėjimo priemones, tokias kaip akiniai ir kontaktiniai lęšiai.
Šiame straipsnyje nagrinėjama, kaip veikia akis, leidžianti žmonėms matyti. Šiame straipsnyje pateiktas akies veikimo paaiškinimas susijęs su geometrinės optikos tema , kuri apima šviesos lūžimą, fokusavimą ir objektų vaizdų formavimą akimi. Išsamus akies ir jos tikrojo veikimo paaiškinimas neįeina į šio straipsnio taikymo sritį. Akių disfunkcijos, kaip veikia akiniai ir kontaktiniai lęšiai , paaiškinami vėlesniuose straipsniuose.
Akies dalys
ragena arba akies membrana yra kieta, permatoma membrana, dengianti priekinę akies dalį. Į akį patenkančius šviesos spindulius labiau lūžta ragenoje.
Mokinys arba akių obuoliai Vyzdys yra juodoji žmogaus akies dalis. Vyzdys yra juodas, todėl sugeria beveik visą šviesą ir beveik jos neatspindi. Vyzdys yra anga, pro kurią šviesa patenka į akį. Kuo didesnis vyzdys, tuo daugiau šviesos patenka į akį, ir atvirkščiai, kuo mažesnis vyzdys, tuo mažiau šviesos patenka į akį.
Rainelė arba rainelė Rainelė kontroliuoja vyzdžio dydį. Kai aplink akį esanti aplinka yra labai šviesi, rainelė susiaurina vyzdį, o kai aplinka tamsesnė, rainelė jį padidina, leisdama į akį patekti daugiau šviesos. Jei kada nors stebėjote katės vyzdžių skirtumą dieną ir naktį, lengvai suprasite rainelės funkciją.
Klipinis raumuo atlieka akies lęšiuko kreivumo keitimo funkciją. Akies lęšiuko kreivumo pokyčiai turi įtakos akies lęšiuko židinio nuotoliui. Jei akis stebi labai toli esantį objektą, blakstieninis raumuo atsipalaiduoja, todėl padidėja lęšiuko kreivumo spindulys ir padidėja lęšiuko židinio nuotolis. Jei akis stebi objektą arti, blakstieninis raumuo susitraukia, todėl sumažėja lęšiuko kreivumo spindulys ir sumažėja lęšiuko židinio nuotolis. Taigi netiesiogiai blakstieninio raumens funkcija yra kontroliuoti akies lęšiuko židinio nuotolį, kad akis galėtų gerai sufokusuoti objekto vaizdą. Akies lęšiuko židinio nuotolio pokyčiai vadinami akies akomodacija.
Akies lęšiukas yra glaudžiamasis lęšiukas, dar vadinamas išgaidžiančiu lęšiuku arba teigiamuoju lęšiu . Nors didžioji dalis į akį patenkančios šviesos lūžta ragenoje, lęšiukas taip pat lūžta ir fokusuoja šviesos spindulius, kad objekto vaizdas tinklainėje susidarytų tiksliai. Kad objektai būtų aiškiai matomi, vaizdas turi susidaryti tinklainėje. Tinklainė šviesos bangas paverčia elektriniais signalais, kurie vėliau per regos nervą perduodami į smegenis.
Maksimalus ir minimalus apgyvendinimas
Akių akomodacija yra akies lęšio židinio nuotolio (f) koregavimas atsižvelgiant į akies matomą objekto atstumą, kad objekto vaizdas būtų sufokusuotas tinklainėje. Akies lęšio židinio nuotolis yra atstumas tarp lęšio ir lęšio židinio taško (F). Lęšio kreivumo pokyčiai keičia lęšio kreivumo spindulį, todėl keičiasi ir lęšio židinio nuotolis, kaip parodyta paveikslėlyje.
Jei akis pastebi objektą tolimas taškas, blakstieninis raumuo atsipalaiduoja, todėl akies lęšiukas tampa plokštesnis, todėl padidėja lęšiuko kreivumo spindulys ir židinio nuotolis. Tolimasis taškas yra tolimiausias atstumas, į kurį akis gali sufokusuoti vaizdą, kai įprastas tolimasis akies taškas yra begalybė. Kai akis reguliuoja lęšiuko židinio nuotolį, kad sufokusuotų objektus tolimoje vietoje arba objektus begalybėje, akis minimalus apgyvendinimas.
Kita vertus, kai akis stebi objektą iš arti, blakstieninis raumuo įsitempia (susitraukia), todėl akies lęšiukas labiau išlenkiamas, taip padidėja lęšiuko kreivumo spindulys ir židinio nuotolis. Atstumas iki arčiausiai akies esančio objekto, į kurį akis vis dar gali sufokusuoti vaizdą, vadinamas artimas taškasVidutinis žmogus turi 25 cm artimą tašką. Kai akis sufokusuoja objektą artimame taške (25 cm), akis maksimaliai prisitaiko.
Objekto šešėlio susidarymas
Labai tolimas objekto atstumas
Jei atstumas iki objekto yra begalinis, akies lęšiukas tampa plokščias, todėl padidėja lęšio židinio nuotolis, kur židinio nuotolis (f) turi būti lygus atvaizdo atstumui (s'). Atvaizdo atstumas yra atstumas tarp lęšio ir taško, kuriame susikerta lūžę akies šviesos spinduliai. Taškas, kuriame susikerta šviesos spinduliai, sutampa su tinklaine. Taigi galima daryti išvadą, kad kai akis stebi objektą begaliniu atstumu, akies lęšiuko išlinkis tampa plokščias, kol lęšio židinio nuotolis (f) tampa lygus atstumui tarp akies lęšiuko ir tinklainės. Šviesos spinduliai turi susikirsti tinklainėje, kad tinklainės nervų ląstelės galėtų šviesą paversti elektriniais signalais, o tada regos nervu perduoti juos į smegenis.
Toliau pateikiamas matematinis įrodymas, kodėl, kai objekto atstumas (s) yra labai toli arba jei laikoma, kad objektas yra be galo toli, objektyvo židinio nuotolis (f) turi būti toks pat kaip atvaizdo atstumas (s'). Židinio nuotolio (f), objekto atstumo (s) ir atvaizdo atstumo (s') santykis išreiškiamas šia lygtimi.
1/f = 1/s + 1/s' —– 1 lygtis
Okuliaras yra konverguojantis lęšis, todėl židinio nuotolis (f) yra teigiamas. Objekto atstumas (s) yra begalinis, todėl 1 lygtyje objekto atstumą (s) pakeiskite begalybės simboliu.
1/f = 1/~ + 1/s'
1/f = 0 + 1/s⁻¹
1/f = 1/s⁻¹
s' = f —– 2 lygtis
2 lygtis rodo, kad konverguojančiame arba išgaidžiame lęšyje, jei objekto atstumas yra begalinis, židinio nuotolis (f) yra toks pat kaip atvaizdo atstumas (s').
Labai arti objekto atstumas
O kas, jei objektas yra arti akies? Įgaubtas lęšis gali sukurti ir virtualius, ir tikrus vaizdus. Tikras vaizdas sukuriamas išgaubtu lęšiu, kai atstumas iki objekto (s) yra didesnis nei lęšio židinio nuotolis (f). Tai buvo aptarta temoje išgaubto lęšio vaizdas.
Anksčiau buvo paaiškinta, kad artimiausias objektas, kurį normali akis gali tinkamai sufokusuoti, yra 25 cm atstumu. Todėl židinio nuotolis turi būti mažesnis nei 25 cm. Jis taip pat negali būti 25 cm, nes jei taip būtų, vaizdas būtų begalybėje, o tai neprotinga, atsižvelgiant į mažą vyzdžio dydį.
Akies lęšio sistemos židinio nuotolio (f) įvertinimo skaičiavimas:
1/f = 1/s + 1/s' —– 1 lygtis
Normalios akies artimasis taškas yra 25 cm, todėl artimiausias atstumas (s) iki objekto yra 25 cm. Atstumas tarp ragenos ir akies yra apie 2,5 cm. Vaizdas atrodo aiškus, jei šviesos spindulys krinta ant tinklainės, todėl atstumas tarp ragenos ir lęšiuko laikomas vaizdo atstumu (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
Skirtumas tarp vaizdo atstumo (s') ir židinio atstumo (f) yra 2,5 cm – 2,27 cm = 0,23 cm. Remiantis aukščiau pateiktais skaičiavimo rezultatais, galima daryti išvadą, kad židinio atstumas (f) yra mažesnis už vaizdo atstumą (s'). Akies židinio taškas yra 0,23 cm į kairę nuo vaizdo taško arba tinklainės.
Akies lęšiukas yra konvergentinis, todėl tinklainėje susidaręs vaizdas, nors ir realus, yra apverstas. Nors vaizdas tinklainėje yra apverstas, smegenų nervai jį perkelia vertikaliai. Kaip tai galima paaiškinti? 🙂
Pavyzdiniai klausimai apie optinius akių prietaisus
1. EBTANAS-SMP-01-15
Vaizdo formavimosi trumparegystės akių defektuose aprašymas yra...
Pembahasanas
Trumparegystė arba trumparegystė yra regos sutrikimas, kai akis negali aiškiai matyti objektų, esančių toli.
Trumparegystės priežastis yra labiau išlenkta ragenos ir lęšiuko sistema (horizontali akies obuolio dalis yra per ilga), todėl sumažėja ragenos ir lęšiuko sistemos židinio nuotolis, todėl šviesos spinduliai iš tolimų taškų sufokusuojasi prieš tinklainę. Begaliniai šviesos spinduliai nėra sufokusuoti į tinklainę, todėl tinklainės nervų ląstelės negali šviesos bangų paversti elektriniais signalais, kurie būtų perduodami į smegenis.
Teisingas atsakymas yra B.
2. EBTANAS-SMP-02-15
Šešėlių susidarymas žmonėms, turintiems trumparegystę, parodytas teisingame paveikslėlyje...
Pembahasanas
Trumparegystė arba trumparegystė yra regos sutrikimas, kai akis negali aiškiai matyti objektų, esančių toli.
Trumparegystės priežastis yra labiau išlenkta ragenos ir lęšiuko sistema (horizontali akies obuolio dalis yra per ilga), todėl sumažėja ragenos ir lęšiuko sistemos židinio nuotolis, todėl šviesos spinduliai iš tolimų taškų sufokusuojasi prieš tinklainę. Begaliniai šviesos spinduliai nėra sufokusuoti į tinklainę, todėl tinklainės nervų ląstelės negali šviesos bangų paversti elektriniais signalais, kurie būtų perduodami į smegenis.
Teisingas atsakymas yra C.
