Фізика. 9 клас. Головко

§ 19. Око як оптична система

• Око як оптична система

• Зір і бачення

• Вади зору та їх корекція

ОКО ЯК ОПТИЧНА СИСТЕМА. Основну частину інформації про навколишній світ людина отримує завдяки зору. Спробуємо з’ясувати, що ж являє собою око людини з погляду фізики. Інколи око називають живим фотоапаратом, маючи на увазі схожість між ними. Проте око є значно складнішою оптичною системою, ніж фотоапарат.

Око людини має майже сферичну форму. Його діаметр приблизно дорівнює 2,5 см. Основними компонентами ока як оптичної системи є зовнішня оболонка білого кольору — склера (рис. 19.1). Склера складається з щільних з’єднувальних волокон і захищає око, забезпечуючи його механічну жорсткість. З внутрішньої частини склера вкрита судинною оболонкою, яка забезпечує живлення ока. У передній частині склера переходить у прозору рогівку ока. Рогівка є оптично найщільнішим середовищем ока, через неї світло проходить всередину ока. За рогівкою ока знаходиться райдужна оболонка, яка містить пігмент, що визначає колір очей людини. У центрі райдужної оболонки міститься зіниця. Зіниця ока, звужуючись або розширюючись, дозує кількість надходження світлової енергії, яка в нього потрапляє. На світлі зіниця звужується, захищаючи око від сильного світлового впливу, в темряві — розширюється, намагаючись допомогти вловити дуже слабкі світлові пучки. За райдужною оболонкою міститься прозоре еластичне тіло — кришталик, що нагадує двоопуклу лінзу. Зусиллям спеціальних м’язів кришталик може збільшувати або зменшувати свою кривизну (опуклість). Це зумовлює збільшення чи зменшення оптичної сили кришталика. Простір (камера) між рогівкою ока та райдужною оболонкою заповнений прозорою рідиною. За кришталиком майже вся ділянка заповнена склоподібним тілом. Внутрішня оболонка — сітківка ока — містить шар зорових клітин. Саме тут світлова енергія, яка потрапляє в око від предмета, перетворюється на нервові імпульси, що надходять до головного мозку, де і перетворюються в зорові образи.

Отже, оптична система ока складається з рогівки ока, передньої камери, заповненої прозорою рідиною, кришталика, склоподібного тіла та сітківки ока. Щоб чітко бачити предмет, необхідно, аби оптична система ока сфокусувала промені, які надходять від предмета, на сітківці ока.

ЗІР І БАЧЕННЯ. Ми добре бачимо як ближчі предмети, так і розташовані подалі. Водій автомобіля чітко бачить цифри на спідометрі, а в наступну мить так само чітко — віддалений дорожній знак. В усіх випадках світло, що потрапило від предметів у око, має сфокусуватися на сітківці. Ми знаємо, що положення зображення залежить від відстані до предмета, а також оптичної сили (кривизни) лінзи. Змінюючи форму, кришталик змінює оптичну силу системи.

Пристосування ока до чіткого бачення предметів, розміщених на різній відстані від нього, називають акомодацією.

Під час наближення предмета кришталик стає опуклішим, його фокусна відстань зменшується так, щоб зображення предмета утворилося саме на сітківці ока. Під час віддалення предмета кришталик витягується, стає менш опуклим, фокусна відстань його збільшується, так, щоб його зображення знову було на сітківці. Таким чином, завдяки акомодації людина добре бачить рівновіддалені предмети.

ВАДИ ЗОРУ ТА ЇХ КОРЕКЦІЯ. Зображення предметів, які розглядає людина, потрапляє саме на сітківку ока за умови, коли вона має нормальний зір. Тобто очі людини з нормальним зором у ненапруженому стані збирають паралельні промені в точці, розміщеній на сітківці (рис. 19.2, а). Причому для нормального зору мінімальна відстань від очей до предмета, за якої око бачить деталі предмета не напружуючись, становить 25 см. Її називають відстанню найкращого зору. За інших відстаней до предмета око людини з нормальним зором напружується і стомлюється.

Рис. 19.2. Вади зору: а) у людини з нормальним зором паралельні промені збираються на сітківці; б) у короткозорої людини промені фокусуються всередині ока; в) у далекозорої людини промені фокусуються за сітківкою ока

Спробуємо розібратися, що відбувається, коли людина має вади зору. Найпоширенішими вадами зору є короткозорість та далекозорість.

Короткозорим є око, у якого фокус за спокійного стану очного м’яза перебуває всередині ока (рис. 19.2, б). Короткозорість може бути зумовлена значним віддаленням сітківки від кришталика порівняно з оком людини, що має нормальний зір. Якщо предмет розташований на відстані 25 см від короткозорого ока, то його зображення утворюється не на сітківці ока, як за нормального зору, а ближче до кришталика, перед сітківкою. Щоб зображення потрапляло на сітківку ока, необхідно наблизити предмет до ока. Тому в короткозорої людини відстань найкращого зору менша, ніж 25 см.

Далекозорим є око, у якого фокус у спокійному стані очних м’язів розміщений за сітківкою ока (рис. 19.2, в). Далекозорість може бути спричинена тим, що сітківка розташована ближче до кришталика порівняно з оком людини з нормальним зором. Зображення предметів людини з далекозорістю утворюється за сітківкою ока. Якщо предмет віддалити від ока, зображення потрапляє на сітківку, звідси і назва цієї вади зору — далекозорість.

Різниця у положеннях сітківки ока хоча б на 1 мм призводить до помітної короткозорості або далекозорості людини. Зазвичай люди, котрі мали в молодому віці нормальний зір, із часом стають далекозорими. Це пояснюється тим, що м’язи, які стискають кришталик, слабнуть, і здатність акомодації погіршується: кришталик стає щільнішим і втрачає здатність стискатися. Тому зображення в оці далекозорої людини утворюється за сітківкою ока.

Короткозорість і далекозорість коригуються за допомогою лінз, винайдення яких розширило можливості людей, що мають вади зору. Спробуємо розібратися в тому, які лінзи можуть скоригувати ту чи іншу ваду зору.

Оскільки в оці короткозорої людини зображення утворюється перед сітківкою ока, то для того, щоб перемістити його на сітківку ока необхідно зменшити оптичну силу заломлюючої системи ока. Для цього використовують розсіювальну лінзу (рис. 19.3, а).

Оптичну силу системи далекозорого ока потрібно, навпаки, підсилити, щоб зображення перемістилося на сітківку. Для цього використовують збиральну лінзу (рис. 19.3, б).

Рис. 19.3. Корекція вад зору: а) корекція короткозорості; б) корекція далекозорості

Отже для корекції короткозорості застосовують окуляри з увігнутими (розсіювальними) лінзами. Якщо ж, наприклад, людина носить окуляри, оптична сила яких -1,2 дптр, -3 дптр, то, це означає, що вона є короткозорою.

В окулярах для далекозорих людей використовують опуклі, збиральні лінзи. Такі окуляри можуть мати оптичну силу, наприклад, +1,2 дптр, +3 дптр тощо.

! Головне в цьому параграфі

Оптична система ока складається з рогівки ока, передньої камери, заповненої прозорою рідиною, кришталика, склоподібного тіла та сітківки ока. Щоб чітко бачити предмет, необхідно, аби оптична система ока сфокусувала промені, які надходять від предмета, на сітківці ока.

У людини з нормальним зором зображення предметів потрапляє на сітківку ока.

В оці короткозорої людини зображення утворюється перед сітківкою ока. Для корекції цієї вади зору використовують розсіювальні лінзи.

У далекозорої людини зображення утворюється за сітківкою ока. Для корекції цієї вади зору застосовують збиральні лінзи.

? Запитання для самоперевірки

1. Яку роль у створенні зорового образу відіграє оптична система ока людини?
2. Чому необхідно, щоб світлові промені, які поширюються від предмета, фокусувалися на сітківці ока?
3. Дайте характеристику зображення предмета на сітківці ока людини.
4. Що називають акомодацією? Поясніть, що відбувається під час цього процесу.
5. У чому суть вади зору «короткозорість»?
6. Де розміщується зображення предмета далекозорої людини?
7. Як, не торкаючись руками лінз окулярів, визначити, яку ваду зору має їх власник?

Вправа до § 19

1 (п). На рецепті окулярів написано: «+2,5 дптр». Для корекції якої вади зору призначені ці окуляри? Чому дорівнює фокусна відстань лінзи окулярів?
2 (с). Поясніть, чому молода людина з короткозорістю з віком може мати нормальний зір.
3 (д). Яку ваду зору має людина, якщо під водою вона бачить нормально? Відповідь поясніть.
4 (в). Учень читає книжку, тримаючи її на відстані 20 см від очей. Яку ваду зору має учень? Визначте оптичну силу лінз, необхідних йому для того, щоб тримати книжну на відстані найкращого зору для людини з нормальним зором.
5 (в). Далекозора людина читає без окулярів, тримаючи книгу на відстані 50 см від очей. Чому дорівнює оптична сила окулярів, потрібних їй для читання?

Зміст