Optiskās acs instrumentu materiāls
Acs ir cilvēkam piemītošs optisks instruments. Tā ļauj lasīt fizikas rakstu 😀 vai ieskatīties skaista vai izskatīga drauga sejā 🙂 Ko darīt, ja acis nedarbojas pareizi? Tu noteikti zini atbildi uz šo jautājumu. Tāpēc esi pateicīgs, ja tev joprojām ir veselas acis un tu vari skaidri redzēt. Neredzīgs cilvēks noteikti neredz un var tikai iedomāties, kādā stāvoklī mēs šodien dzīvojam.
Veselīgas, labi funkcionējošas acis ir ikviena cerība. Tomēr realitāte dažreiz neatbilst cerībām. Dažiem cilvēkiem ir lemts piedzīvot acu disfunkciju, kas neļauj viņiem skaidri redzēt. Zinātnes, īpaši fizikas, sasniegumi ir ļāvuši radīt redzes palīglīdzekļus, piemēram, brilles un kontaktlēcas.
Šajā rakstā ir aplūkots, kā darbojas acs, ļaujot cilvēkiem redzēt. Šajā rakstā sniegtais acs darbības skaidrojums attiecas uz ģeometriskās optikas tēmu , kas ietver gaismas laušanu, fokusēšanu un objektu attēlu veidošanu ar aci. Detalizēts acs skaidrojums un tās faktiskās darbības princips neietilpst šī raksta tvērumā. Acu disfunkcijas, kā darbojas brilles un kontaktlēcas , ir izskaidrotas turpmākajos rakstos.
Acs daļas
radzene vai acs membrāna ir cieta, caurspīdīga membrāna, kas pārklāj acs priekšpusi. Gaismas starus, kas nonāk acī, lielākā mērā lauž radzene.
Skolēns vai acs āboli Zīlīte ir cilvēka acs melnā daļa. Zīlīte ir melna, tāpēc absorbē gandrīz visu gaismu un neatstaro gandrīz neko atpakaļ. Zīlīte ir atvere, caur kuru gaisma iekļūst acī. Jo lielāka ir zīlīte, jo vairāk gaismas iekļūst acī, un otrādi, jo mazāka ir zīlīte, jo mazāk gaismas iekļūst acī.
Īriss vai varavīksnene Varavīksnene kontrolē zīlītes izmēru. Kad vide ap aci ir ļoti gaiša, varavīksnene sašaurina zīlīti, un, kad vide ir blāva, varavīksnene palielina zīlīti, ļaujot acī iekļūt vairāk gaismas. Ja kādreiz esat novērojuši atšķirību kaķa zīlītēs dienā un naktī, jūs viegli sapratīsiet varavīksnenes funkciju.
Ciliārais muskulis darbojas, lai mainītu acs lēcas izliekumu. Acs lēcas izliekuma izmaiņas ietekmē acs lēcas fokusa attālumu. Ja acs novēro objektu ļoti tālu, ciliārais muskulis atslābinās, kā rezultātā palielinās lēcas izliekuma rādiuss un palielinās lēcas fokusa attālums. Ja acs novēro objektu tuvā attālumā, ciliārais muskulis saraujas, kā rezultātā samazinās lēcas izliekuma rādiuss un samazinās lēcas fokusa attālums. Tātad netieši ciliārā muskuļa funkcija ir kontrolēt acs lēcas fokusa attālumu, lai acs varētu labi fokusēt objekta attēlu. Acs lēcas fokusa attāluma izmaiņas sauc par acs akomodāciju.
Acs lēca ir konverģējoša lēca, kas pazīstama arī kā izliekta lēca vai pozitīva lēca . Lai gan lielākā daļa acī nonākošās gaismas tiek lauzta radzenē, lēca arī lauž un fokusē gaismas starus, lai objekta attēls precīzi veidotos uz tīklenes. Lai objektus varētu skaidri redzēt, attēlam ir jāveidojas uz tīklenes. Tīklene pārveido gaismas viļņus elektriskos signālos, kas pēc tam caur redzes nervu tiek pārraidīti uz smadzenēm.
Maksimālā un minimālā izmitināšana
Acu akomodācija ir acs lēcas fokusa attāluma (f) pielāgošana acs redzamā objekta attālumam, lai objekta attēlu varētu fokusēt uz tīklenes. Acs lēcas fokusa attālums ir attālums starp lēcu un lēcas fokusa punktu (F). Lēcas izliekuma izmaiņas izraisa lēcas izliekuma rādiusa izmaiņas un līdz ar to mainās lēcas fokusa attālums, kā parādīts attēlā.
Ja acs novēro objektu tālais punkts, ciliārais muskulis atslābinās, izraisot acs lēcas saplacināšanu, tādējādi palielinot lēcas izliekuma rādiusu un fokusa attālumu. Tālais punkts ir tālākais attālums, uz kuru acs var fokusēties, kur parastais acs tālais punkts ir bezgalība. Kad acs pielāgo lēcas fokusa attālumu, lai fokusētos uz objektiem tālu punktā vai objektiem bezgalībā, acs minimālā izmitināšana.
No otras puses, kad acs novēro objektu nelielā attālumā, ciliārais muskulis saspringst (saraujas), izraisot acs lēcas izliekuma pieaugumu, tādējādi palielinot lēcas izliekuma rādiusu un fokusa attālumu. Attālumu līdz acij tuvākajam objektam, uz kuru acs joprojām var fokusēties, sauc par tuvu punktamVidējam cilvēkam tuvā punkta attālums ir 25 cm. Kad acs fokusējas uz objektu tuvā punktā (25 cm), acs maksimāli pielāgojas.
Objekta ēnas veidošanās
Ļoti tālu objektu attālums
Ja attālums līdz objektam ir bezgalīgs, acs lēca kļūst plakana, tāpēc palielinās lēcas fokusa attālums, kur fokusa attālumam (f) jābūt vienādam ar attēla attālumu (s'). Attēla attālums ir attālums starp lēcu un punktu, kurā krustojas acs lauztie gaismas stari. Punkts, kurā krustojas gaismas stari, sakrīt ar tīkleni. Tātad var secināt, ka, kad acs novēro objektu bezgalīgā attālumā, acs lēcas izliekums kļūst plakans, līdz lēcas fokusa attālums (f) ir vienāds ar attālumu starp acs lēcu un tīkleni. Gaismas stariem ir jākrustojas pie tīklenes, lai tīklenes nervu šūnas varētu gaismu pārveidot elektriskos signālos un pēc tam pa redzes nervu pārraidīt uz smadzenēm.
Tālāk sniegts matemātisks pierādījums tam, kāpēc, ja objekta attālums (s) ir ļoti tālu vai ja tiek pieņemts, ka objekts atrodas bezgalīgi tālu, objektīva fokusa attālumam (f) jābūt tādam pašam kā attēla attālumam (s'). Attiecība starp fokusa attālumu (f), objekta attālumu (s) un attēla attālumu (s') ir izteikta ar šādu vienādojumu.
1/f = 1/s + 1/s' —– 1. vienādojums
Okulārs ir konverģējoša lēca, tāpēc fokusa attālums (f) ir pozitīvs. Objekta attālums (s) ir bezgalīgs, tāpēc 1. vienādojumā objekta attālumu (s) aizstāj ar bezgalības simbolu.
1/f = 1/~ + 1/s'
1/f = 0 + 1/s'
1/f = 1/s'
s' = f —– 2. vienādojums
2. vienādojums parāda, ka konverģējošā lēcā vai izliektā lēcā, ja objekta attālums ir bezgalīgs, tad fokusa attālums (f) ir vienāds ar attēla attālumu (s').
Ļoti tuvs objekta attālums
Ko darīt, ja objekts atrodas tuvu acij? Ieliekta lēca var veidot gan virtuālus, gan reālus attēlus. Reālu attēlu rada izliekta lēca, ja objekta attālums (s) ir lielāks par lēcas fokusa attālumu (f). Tas ir apspriests tēmā. izliekta lēcas attēls.
Iepriekš tika paskaidrots, ka tuvākais objekts, ko normāla acs var pareizi fokusēt, ir 25 cm. Tāpēc fokusa attālumam jābūt mazākam par 25 cm. Tas arī nevar būt 25 cm, jo, ja tā būtu, attēls atrastos bezgalībā, kas ir nepamatoti, ņemot vērā mazo zīlītes izmēru.
Aprēķins acs lēcas sistēmas fokusa attāluma (f) novērtēšanai:
1/f = 1/s + 1/s' —– 1. vienādojums
Normālas acs tuvākais punkts ir 25 cm, tāpēc tuvākais objekta attālums (s) ir 25 cm. Attālums starp radzeni un aci ir aptuveni 2,5 cm. Attēls ir skaidrs, ja gaismas stars krīt uz tīklenes, tāpēc attālums starp radzeni un lēcu tiek uzskatīts par attēla attālumu (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
Starpība starp attēla attālumu (s') un fokusa attālumu (f) ir 2,5 cm – 2,27 cm = 0,23 cm. Pamatojoties uz iepriekš minētajiem aprēķinu rezultātiem, var secināt, ka fokusa attālums (f) ir mazāks par attēla attālumu (s'). Acs fokusa punkts atrodas 0,23 cm pa kreisi no attēla punkta jeb tīklenes.
Acs lēca ir konverģenta, tāpēc uz tīklenes izveidojies attēls, lai arī reāls, ir apgriezts. Lai gan attēls uz tīklenes ir apgriezts, smadzeņu nervi to atveido vertikāli. Kā to var izskaidrot? 🙂
Piemēru jautājumi par optiskajiem acu instrumentiem
1. EBTANAS-SMP-01-15
Attēla veidošanās apraksts miopisku acu defektu gadījumā ir...
Diskusija
Tuvredzība jeb miopija ir redzes traucējumi, kuru gadījumā acs nespēj skaidri saskatīt objektus attālumā.
Tuvredzības cēlonis ir izliektāka radzenes-lēcas sistēma (acs ābola horizontālā daļa ir pārāk gara), kā rezultātā samazinās radzenes-lēcas sistēmas fokusa attālums, kā rezultātā gaismas stari no tāliem punktiem tiek fokusēti tīklenes priekšā. Bezgalīgi gaismas stari nav fokusēti uz tīkleni, tāpēc tīklenes nervu šūnas nevar pārveidot gaismas viļņus elektriskos signālos, kas tiek pārraidīti uz smadzenēm.
Pareizā atbilde ir B.
2. EBTANAS-SMP-02-15
Ēnu veidošanās cilvēkiem ar tuvredzību ir parādīta pareizajā attēlā...
Diskusija
Tuvredzība jeb miopija ir redzes traucējumi, kuru gadījumā acs nespēj skaidri saskatīt objektus attālumā.
Tuvredzības cēlonis ir izliektāka radzenes-lēcas sistēma (acs ābola horizontālā daļa ir pārāk gara), kā rezultātā samazinās radzenes-lēcas sistēmas fokusa attālums, kā rezultātā gaismas stari no tāliem punktiem tiek fokusēti tīklenes priekšā. Bezgalīgi gaismas stari nav fokusēti uz tīkleni, tāpēc tīklenes nervu šūnas nevar pārveidot gaismas viļņus elektriskos signālos, kas tiek pārraidīti uz smadzenēm.
Pareizā atbilde ir C.
