Materiál optického očného prístroja
Oko je optický prístroj, ktorý je ľudskej bytosti vlastný. Umožňuje vám prečítať si článok z fyziky 😀 alebo sa zahľadieť do tváre krásneho či fešného priateľa 🙂 Čo ak vaše oči nefungujú správne? Na túto otázku určite poznáte odpoveď. Buďte teda vďační, ak máte stále zdravé oči a jasne vidíte. Nevidiaci človek určite nevidí a dokáže si len predstaviť stav sveta, v ktorom dnes žijeme.
Zdravé a dobre fungujúce oči sú snom každého človeka. Realita však niekedy zaostáva za očakávaniami. Niektorí ľudia sú predurčení k očnej dysfunkcii, ktorá im bráni jasne vidieť. Pokroky vo vede, najmä vo fyzike, umožnili vytvoriť vizuálne pomôcky, ako sú okuliare a kontaktné šošovky.
Tento článok skúma, ako oko funguje a ako umožňuje ľuďom vidieť. Vysvetlenie fungovania oka v tomto článku sa týka témy geometrickej optiky , ktorá zahŕňa lom svetla, zaostrovanie a vytváranie obrazov objektov okom. Podrobné vysvetlenie oka a jeho skutočného fungovania presahuje rámec tohto článku. Poruchy oka, ako fungujú okuliare a kontaktné šošovky , sú vysvetlené v nasledujúcich článkoch.
Časti oka
Rohovka alebo očná membrána je tvrdá, priesvitná membrána, ktorá pokrýva prednú časť oka. Svetelné lúče vstupujúce do oka sa vo väčšej miere lámu rohovkou.
Zrenica alebo očné buľvy Zrenica je čierna časť ľudského oka. Zrenica je čierna, preto absorbuje takmer všetko svetlo a takmer žiadne neodráža späť. Zrenica je otvor, cez ktorý svetlo prechádza do oka. Čím väčšia je zrenica, tým viac svetla vstupuje do oka a naopak, čím menšia je zrenica, tým menej svetla vstupuje do oka.
Dúhovka alebo dúhovka Dúhovka ovláda veľkosť zrenice. Keď je prostredie okolo oka veľmi jasné, dúhovka zrenicu zúži a keď je prostredie tmavé, dúhovka zrenicu rozšíri, čím umožní vstup väčšieho množstva svetla do oka. Ak ste niekedy pozorovali rozdiel v zreničkách mačky počas dňa a v noci, ľahko pochopíte funkciu dúhovky.
Ciliárny sval slúži na zmenu zakrivenia očnej šošovky. Zmeny zakrivenia očnej šošovky ovplyvňujú ohniskovú vzdialenosť očnej šošovky. Ak oko pozoruje objekt vo veľmi veľkej vzdialenosti, ciliárny sval sa uvoľní, takže polomer zakrivenia šošovky sa zväčší a ohnisková vzdialenosť šošovky sa zväčší. Ak oko pozoruje objekt v blízkej vzdialenosti, ciliárny sval sa stiahne, takže polomer zakrivenia šošovky sa zmenší a ohnisková vzdialenosť šošovky sa zmenší. Funkciou ciliárneho svalu je teda nepriamo riadiť ohniskovú vzdialenosť očnej šošovky, aby oko mohlo dobre zaostriť obraz objektu. Zmeny ohniskovej vzdialenosti očnej šošovky sa nazývajú akomodácia oka.
Šošovka oka je spojka, známa aj ako konvexná šošovka alebo pozitívna šošovka . Hoci väčšina svetla vstupujúceho do oka sa láme v rohovke, šošovka tiež láme a zaostruje svetelné lúče tak, aby sa obraz objektu presne vytvoril na sietnici. Aby boli objekty jasne viditeľné, musí sa obraz na sietnici vytvoriť. Sietnica premieňa svetelné vlny na elektrické signály, ktoré sa potom prenášajú cez zrakový nerv do mozgu.
Maximálna a minimálna úľava
Akomodácia oka je prispôsobenie ohniskovej vzdialenosti (f) očnej šošovky vzdialenosti objektu viditeľného okom, aby sa obraz objektu mohol zaostriť na sietnicu. Ohnisková vzdialenosť očnej šošovky je vzdialenosť medzi šošovkou a ohniskom šošovky (F). Zmeny zakrivenia šošovky spôsobujú zmenu polomeru zakrivenia šošovky, a preto sa mení ohnisková vzdialenosť šošovky, ako je znázornené na obrázku.
Ak oko pozoruje predmet na vzdialený bod, ciliárny sval sa uvoľní (relaxuje), čo spôsobí, že sa šošovka oka sploští, takže sa zväčší polomer zakrivenia a ohnisková vzdialenosť šošovky. Vzdialený bod je najväčšia vzdialenosť, na ktorú dokáže oko zaostriť, pričom normálny vzdialený bod oka je nekonečno. Keď oko upraví ohniskovú vzdialenosť šošovky tak, aby zaostril na objekty vo vzdialenom bode alebo na objekty v nekonečne, oko minimálne ubytovanie.
Na druhej strane, keď oko pozoruje objekt zblízka, ciliárny sval sa napne (stiahne), čo spôsobí, že sa očná šošovka viac zakriví, takže sa zväčší polomer zakrivenia a ohnisková vzdialenosť šošovky. Vzdialenosť objektu najbližšie k oku, na ktorú oko ešte dokáže zaostriť, sa nazýva blízky bodPriemerný človek má vzdialenosť na blízko 25 cm. Keď oko zaostrí na objekt v blízkom bode (25 cm), oko sa maximálne akomoduje.
Tvorba tieňa objektu
Veľmi vzdialená vzdialenosť objektu
Ak je vzdialenosť od objektu nekonečná, očná šošovka sa sploští, takže sa zväčší ohnisková vzdialenosť šošovky, pričom ohnisková vzdialenosť (f) sa musí rovnať vzdialenosti obrazu (s'). Vzdialenosť obrazu je vzdialenosť medzi šošovkou a bodom, kde sa pretínajú lomené svetelné lúče oka. Bod, kde sa svetelné lúče pretínajú, sa zhoduje so sietnicou. Možno teda usudzovať, že keď oko pozoruje objekt v nekonečnej vzdialenosti, zakrivenie očnej šošovky sa sploští, až kým sa ohnisková vzdialenosť šošovky (f) nerovná vzdialenosti medzi očnou šošovkou a sietnicou. Svetelné lúče sa musia pretínať na sietnici, aby sa svetlo mohlo nervovými bunkami v sietnici premeniť na elektrické signály a potom sa optickým nervom preniesť do mozgu.
Nasleduje matematický dôkaz, prečo musí byť ohnisková vzdialenosť objektívu (f) rovnaká ako obrazová vzdialenosť (s'), keď je vzdialenosť objektu (s) veľmi veľká alebo ak sa predpokladá, že objekt je nekonečne vzdialený. Vzťah medzi ohniskovou vzdialenosťou (f), vzdialenosťou objektu (s) a obrazovou vzdialenosťou (s') je vyjadrený nasledujúcou rovnicou.
1/f = 1/s + 1/s' —– Rovnica 1
Okulár je spojná šošovka, preto je ohnisková vzdialenosť (f) kladná. Vzdialenosť objektu (s) je nekonečná, preto v rovnici 1 nahraďte vzdialenosť objektu (s) symbolom nekonečna.
1/f = 1/~ + 1/s'
1/f = 0 + 1/s'
1/f = 1/s'
s' = f —– Rovnica 2
Rovnica 2 ukazuje, že v spojnej alebo konvexnej šošovke, ak je vzdialenosť objektu nekonečná, potom je ohnisková vzdialenosť (f) rovnaká ako vzdialenosť obrazu (s').
Veľmi blízka vzdialenosť objektu
Čo ak je objekt blízko oka? Konkávna šošovka môže vytvárať virtuálne aj skutočné obrazy. Skutočný obraz vznikne konvexnou šošovkou, keď je vzdialenosť objektu (s) väčšia ako ohnisková vzdialenosť šošovky (f). Toto bolo prediskutované v téme konvexný obraz šošovky.
Už skôr bolo vysvetlené, že najbližší objekt, na ktorý dokáže normálne oko správne zaostriť, je 25 cm. Preto musí byť ohnisková vzdialenosť menšia ako 25 cm. Nemôže byť ani 25 cm, pretože ak by bola, obraz by bol v nekonečne, čo je vzhľadom na malú veľkosť zrenice nerozumné.
Výpočet na odhad ohniskovej vzdialenosti (f) systému očných šošoviek:
1/f = 1/s + 1/s' —– Rovnica 1
Blízky bod normálneho oka je 25 cm, preto je vzdialenosť najbližšieho objektu (s) 25 cm. Vzdialenosť medzi rohovkou a okom je približne 2,5 cm. Obraz sa javí ako jasný, ak svetelný lúč dopadne na sietnicu, takže vzdialenosť medzi rohovkou a šošovkou sa považuje za obrazovú vzdialenosť (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
Rozdiel medzi obrazovou vzdialenosťou (s') a ohniskovou vzdialenosťou (f) je 2,5 cm – 2,27 cm = 0,23 cm. Na základe vyššie uvedených výsledkov výpočtu možno usudzovať, že ohnisková vzdialenosť (f) je menšia ako obrazová vzdialenosť (s'). Ohnisko oka je 0,23 cm naľavo od obrazového bodu alebo sietnice.
Šošovka oka je konvergentná, takže obraz vytvorený na sietnici, hoci je skutočný, je obrátený. Aj keď je obraz na sietnici obrátený, mozgové nervy ho zrovnomerňujú. Ako sa to dá vysvetliť? 🙂
Príklady otázok o optických očných prístrojoch
1. EBTANAS-SMP-01-15
Popis tvorby obrazu pri krátkozrakých očných chybách je...
Diskusia
Krátkozrakosť alebo myopia je optická porucha oka, pri ktorej oko nedokáže jasne vidieť predmety vo vzdialenosti.
Príčinou krátkozrakosti je viac zakrivený systém rohovka-šošovka (horizontálna časť očnej buľvy je príliš dlhá), takže ohnisková vzdialenosť systému rohovka-šošovka je znížená, čo spôsobuje, že svetelné lúče zo vzdialených bodov sa sústreďujú pred sietnicu. Nekonečné svetelné lúče sa nesústreďujú na sietnicu, takže nervové bunky v sietnici nemôžu premieňať svetelné vlny na elektrické signály, ktoré sa prenášajú do mozgu.
Správna odpoveď je B.
2. EBTANAS-SMP-02-15
Tvorba tieňov u ľudí s krátkozrakosťou je znázornená na správnom obrázku...
Diskusia
Krátkozrakosť alebo myopia je optická porucha oka, pri ktorej oko nedokáže jasne vidieť predmety vo vzdialenosti.
Príčinou krátkozrakosti je viac zakrivený systém rohovka-šošovka (horizontálna časť očnej buľvy je príliš dlhá), takže ohnisková vzdialenosť systému rohovka-šošovka je znížená, čo spôsobuje, že svetelné lúče zo vzdialených bodov sa sústreďujú pred sietnicu. Nekonečné svetelné lúče sa nesústreďujú na sietnicu, takže nervové bunky v sietnici nemôžu premieňať svetelné vlny na elektrické signály, ktoré sa prenášajú do mozgu.
Správna odpoveď je C.
