Material för optiskt ögainstrument
Ögat är ett optiskt instrument som är naturligt för människor. Det låter dig läsa en fysikartikel 😀 eller titta på ansiktet på en vacker eller stilig pojkvän 🙂 Tänk om dina ögon inte fungerar som de ska? Du vet säkert svaret på den frågan. Så var tacksam om du fortfarande har friska ögon och kan se tydligt. En blind person kan verkligen inte se och kan bara föreställa sig tillståndet i världen vi lever i idag.
Att ha friska, välfungerande ögon är allas hopp. Men verkligheten lever ibland inte upp till förväntningarna. Vissa människor är dömda att uppleva ögondysfunktion, vilket hindrar dem från att se tydligt. Framsteg inom vetenskapen, särskilt fysiken, har gjort det möjligt att skapa synhjälpmedel som glasögon och kontaktlinser.
Den här artikeln undersöker hur ögat fungerar och hur människor kan se. Förklaringen av hur ögat fungerar i den här artikeln relaterar till ämnet geometrisk optik , vilket inkluderar ljusbrytning, fokusering och ögats bildande av bilder av objekt. En detaljerad förklaring av ögat och hur det faktiskt fungerar ligger utanför ramen för den här artikeln. Ögondysfunktioner, hur glasögon och kontaktlinser fungerar, förklaras i efterföljande artiklar.
Delar av ögat
hornhinnan atau ögonmembran är ett hårt, genomskinligt membran som täcker ögats framsida. Ljusstrålar som kommer in i ögat bryts i större utsträckning av hornhinnan.
Elev atau ögonglober Pupillen är den svarta delen av det mänskliga ögat. Pupillen är svart och absorberar därför nästan allt ljus och reflekterar nästan ingenting tillbaka. Pupillen är den öppning genom vilken ljus passerar in i ögat. Ju större pupillen är, desto mer ljus kommer in i ögat, och omvänt, ju mindre pupillen är, desto mindre ljus kommer in i ögat.
Iris atau iris Irisen styr pupillens storlek. När omgivningen runt ögat är mycket ljus, drar irisen ihop pupillen, och när omgivningen är mörk förstorar irisen pupillen, vilket gör att mer ljus kan komma in i ögat. Om du någonsin har observerat skillnaden i en katts pupiller under dagen och på natten, kommer du lätt att förstå irisens funktion.
Ciliarmuskelns funktion är att ändra ögonlinsens krökning. Förändringar i ögonlinsens krökning påverkar ögonlinsens brännvidd. Om ögat observerar ett objekt på mycket långt avstånd, kommer ciliarmuskeln att slappna av så att linsens krökningsradie ökar och linsens brännvidd ökar. Om ögat observerar ett objekt på nära håll, drar ciliarmuskeln ihop sig så att linsens krökningsradie minskar och linsens brännvidd minskar. Så indirekt är ciliarmuskelns funktion att kontrollera ögonlinsens brännvidd så att ögat kan fokusera bilden av objektet väl. Förändringar i ögonlinsens brännvidd kallas ögonackommodation.
Ögats lins är en konvergerande lins, även känd som en konvex lins eller en positiv lins . Även om det mesta av ljuset som kommer in i ögat bryts i hornhinnan, bryter och fokuserar även linsen ljusstrålarna så att bilden av ett objekt bildas exakt på näthinnan. Bilden måste bildas på näthinnan för att objekt ska kunna ses tydligt. Näthinnan omvandlar ljusvågor till elektriska signaler som sedan överförs genom synnerven till hjärnan.
Maximal och minimal boende
Ögonanpassning är justeringen av ögats lins brännvidd (f) till avståndet till objektet som ögat ser, så att bilden av objektet kan fokuseras på näthinnan. Ögonlinsens brännvidd är avståndet mellan linsen och linsens brännpunkt (F). Förändringar i linsens krökning gör att linsens krökningsradie ändras och därför ändras linsens brännvidd, som visas på bilden.
Om ögat observerar ett föremål på bortre punkten, ciliarmuskeln slappnar av (avslappnar) vilket gör att ögats lins blir plattare så att linsens krökningsradie och brännvidd ökar. Fjärrpunkten är det längsta avståndet som ögat kan fokusera på, där ögats normala fjärrpunkt är oändligheten. När ögat justerar linsens brännvidd för att fokusera på objekt i en avlägsen punkt eller objekt i oändligheten, ögat minsta boende.
Å andra sidan, när ögat observerar ett objekt på nära håll, spänns (kontrakterar) ciliarmuskeln, vilket gör att ögonlinsen blir mer böjd så att linsens krökningsradie och brännvidd ökar. Avståndet till objektet närmast ögat som ögat fortfarande kan fokusera på kallas nära punktEn genomsnittlig människa har en närpunkt på 25 cm. När ögat fokuserar på ett objekt på nära håll (25 cm), ackommoderar ögat maximalt.
Bildandet av ett objekts skugga
Mycket långt objektavstånd
Om avståndet till objektet är oändligt blir ögats lins platt så att linsens brännvidd ökar, där brännvidden (f) måste vara lika med bildavståndet (s'). Bildavståndet är avståndet mellan linsen och den punkt där ögats brutna ljusstrålar skär varandra. Punkten där ljusstrålarna skär varandra sammanfaller med näthinnan. Man kan därför dra slutsatsen att när ögat observerar ett objekt på ett oändligt avstånd blir ögats lins krökning platt tills linsens brännvidd (f) är lika med avståndet mellan ögats lins och näthinna. Ljusstrålarna måste skära varandra vid näthinnan så att ljuset kan omvandlas till elektriska signaler av nervcellerna i näthinnan och sedan överföras till hjärnan av synnerven.
Följande är ett matematiskt bevis på varför linsens brännvidd (f) måste vara densamma som bildavståndet (s') när objektavståndet (s) är mycket långt bort, eller om objektet antas vara oändligt långt bort. Sambandet mellan brännvidden (f), objektavståndet (s) och bildavståndet (s') uttrycks genom följande ekvation.
1/f = 1/s + 1/s' —– Ekvation 1
Okularet är en konvergerande lins, därför är brännvidden (f) positiv. Objektavståndet (s) är oändligt, ersätt därför objektavståndet (s) i ekvation 1 med oändlighetstecknet.
1/f = 1/~ + 1/s'
1/f = 0 + 1/s'
1/f = 1/s'
s' = f —– Ekvation 2
Ekvation 2 visar att i en konvergerande lins eller konvex lins, om objektavståndet är oändligt, så är brännvidden (f) densamma som bildavståndet (s').
Mycket nära objektavstånd
Vad händer om objektet är nära ögat? En konkav lins kan bilda både virtuella och verkliga bilder. En verklig bild produceras av en konvex lins när avståndet till objektet (s) är större än linsens brännvidd (f). Detta har diskuterats i ämnet konvex linsbild.
Det förklarades tidigare att det närmaste objektet som ett normalt öga kan fokusera ordentligt på är 25 cm. Därför måste brännvidden vara mindre än 25 cm. Den kan inte heller vara 25 cm eftersom bilden om den vore det skulle vara i oändligheten, vilket är orimligt med tanke på pupillens lilla storlek.
Beräkning för att uppskatta brännvidden (f) för ögats linssystem:
1/f = 1/s + 1/s' —– Ekvation 1
Närpunkten för ett normalt öga är 25 cm, därför är avståndet till närmaste objekt (s) 25 cm. Avståndet mellan hornhinnan och ögat är cirka 2,5 cm. Bilden blir tydlig om ljusstrålen faller på näthinnan, så avståndet mellan hornhinnan och linsen betraktas som bildavståndet (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
Skillnaden mellan bildavståndet (s') och brännvidden (f) är 2,5 cm – 2,27 cm = 0,23 cm. Baserat på beräkningsresultaten ovan kan man dra slutsatsen att brännvidden (f) är mindre än bildavståndet (s'). Ögats brännpunkt är 0,23 cm till vänster om bildpunkten eller näthinnan.
Ögats lins är konvergent, så bilden som bildas på näthinnan är, även om den är verklig, inverterad. Även om bilden på näthinnan är inverterad, gör hjärnans nerver den upprätt. Hur kan detta förklaras? 🙂
Exempelfrågor om optiska ögoninstrument
1. EBTANAS-SMP-01-15
Beskrivningen av bildbildning vid myopiska ögondefekter är...
Diskussion
Närsynthet eller myopi är en optisk störning i ögat där ögat inte kan se föremål på avstånd tydligt.
Orsaken till närsynthet är ett mer krökt hornhinna-lins-system (den horisontella delen av ögongloben är för lång) så att brännvidden för hornhinna-lins-systemet minskar, vilket gör att ljusstrålar från avlägsna punkter fokuseras framför näthinnan. Oändliga ljusstrålar fokuseras inte på näthinnan så att nervceller i näthinnan inte kan omvandla ljusvågorna till elektriska signaler som ska överföras till hjärnan.
Det rätta svaret är B.
2. EBTANAS-SMP-02-15
Bildandet av skuggor hos personer med närsynthet visas i rätt bild...
Diskussion
Närsynthet eller myopi är en optisk störning i ögat där ögat inte kan se föremål på avstånd tydligt.
Orsaken till närsynthet är ett mer krökt hornhinna-lins-system (den horisontella delen av ögongloben är för lång) så att brännvidden för hornhinna-lins-systemet minskar, vilket gör att ljusstrålar från avlägsna punkter fokuseras framför näthinnan. Oändliga ljusstrålar fokuseras inte på näthinnan så att nervceller i näthinnan inte kan omvandla ljusvågorna till elektriska signaler som ska överföras till hjärnan.
Det rätta svaret är C.
