Электромагнитное излучение (стр. 3 )

Аккомодация — способность глаза к изменению его оптической силы.

Механизм аккомодации сводится к следующему. Резкое изображение предмета, находящегося на расстоянии dx от глаза, на сетчатке возникает при определенной оптической силе линзы:

D^rri + r <193)

При переводе взгляда на другой предмет, например расположенный на расстоянии d2 < d1 от глаза, нарушается резкость изображения на сетчатке. При оптической силе D1 изображение не попадает на сетчатку, так как /2 * Л Сигнал об этом поступает в мозг. Как результат, обратный корректирующий сигнал поступает из мозга к циллиарной мышце. Ее сокращение сжимает хрусталик, увеличивая его оптическую силу (D2 > -Di)» пока вновь не получится четкое изображение предмета на сетчатке. Оно возникает при условии

D = _L = J_ + I (194)

2 F2 d2 + f

Геометрическая оптика

253

Ашп - 58,5 дптр

; 10 см; в) D = 62,5 дптр

Если d2 > dv то в результате расслабления циллиарной мышцы хрусталик растягивается, уменьшая оптическую силу глаза (D2 < D1). Оптическая сила глаза минимальна при полностью расслабленной циллиарной мышце. При этом согласно формуле (193) четкое наблюдение предмета возможно в дальней точке. Дальняя точка — наиболее удаленная от глаза точка расположения объекта, четко видимая глазом. Для нормального глаза дальняя точка лежит бесконечно далеко, т. е. dl -> °° (рис. 214, а). Это означает, что минимальная оптическая сила нормального глаза равна:

Апш = 7 = худао з = 58>5 Дптр-

А 214 Аккомодация нормального глаза: а) дальняя точка на °о; б) ближняя точка (воз раст 20 лет); в) расстояние наилуч шего зрения

Оптическая сила глаза максимальна при максимальном напряжении циллиарной мышцы. При этом, согласно формуле (194), четкое наблюдение предмета возможно в ближней точке. Ближняя точка — наименее удаленная от глаза точка расположения объекта, четко видимая глазом. Положение ближней точки и соответственно максимальная оптическая сила для нормального глаза изменяются с возрастом (табл. 10). При известной ближней точке d2 максимальная оптическая сила - Dmax находится по формуле (194) (рис. 214, б).

Табл и ца 10

Изменение с возрастом положения ближней точки

и максимальной оптической силы для нормального глаза

 

возраст, лет	10	20	30	40	50	60	70
Ьлижняя точка, см	7	10	14	22	40	200	400
max	72,8	68,5	65,6	63	61	59	58,8

Удаление от глаза с возрастом ближней точки объясняется постепенном снижением сокращательной способности циллиарной мышцы и Уменьшением эластичности хрусталика.

Если предмет находится около ближней точки, угол зрения (рис. 214, б) Называется максимальным: предмет виден лучше всего. Однако при та-

252

Электромагнитное излучение

В месте выхода из сетчатки зрительного нерва светочувствительные клетки отсутствуют, поэтому там возникает слепое пятно 13, не чувствительное к свету.

На сетчатке возникает перевернутое изображение всех предметов. Однако мозг, перерабатывая полученную зрительную информацию, воспринимает изображение как прямое.

Две точки изображения воспринимаются раздельно, если их изображения попадают на две различные светочувствительные клетки сетчатки. Расстояние между соседними светочувствительными клетками (Hmin = 5 мкм) определяет разрешающую способность глаза или остроту зрения. Разрешающая способность глаза характеризуется минимальным углом зрения, под которым две точки An В (см. рис. 213) видны раздельно. Так как Ят1п « Д то amin - HmJf = V.

С уменьшением освещенности острота зрения падает: ухудшается разрешающая способность глаза.

Аккомодация. Расстояние / от изображения предмета на сетчатке до оптического центра О оптической системы фиксировано. Поэтому единственный способ четко видеть предметы, находящиеся от глаза на различных расстояниях d, — изменение оптической силы линзы (или ее фокусного расстояния).

Аккомодация — способность глаза к изменению его оптической силы.

Механизм аккомодации сводится к следующему. Резкое изображение предмета, находящегося на расстоянии dl от глаза, на сетчатке возникает при определенной оптической силе линзы:

D1 = i-=J-+i. (193)

При переводе взгляда на другой предмет, например расположенный на расстоянии d2 < dr от глаза, нарушается резкость изображения на сетчатке. При оптической силе D1 изображение не попадает на сетчатку, так как f2 * Д Сигнал об этом поступает в мозг. Как результат, обратный корректирующий сигнал поступает из мозга к циллиарной мышце. Ее сокращение сжимает хрусталик, увеличивая его оптическую силу (D2 > Dy), пока вновь не получится четкое изображение предмета на сетчатке. Оно возникает при условии

геометрическая оптика

253

Бели d2 > dj, то в результате расслабления циллиарной мышцы хрусталик растягивается, уменьшая оптическую силу глаза (D2 < Dx). Оптическая сила глаза минимальна при полностью расслабленной циллиарной мышце. При этом согласно формуле (193) четкое наблюдение предмета возможно в дальней точке. Дальняя точка — наиболее удаленная от глаза точка расположения объекта, четко видимая глазом. Для нормального глаза дальняя точка лежит бесконечно далеко, т. е. dx —> °о (рис. 214, а). Это означает, что минимальная оптическая сила нормального глаза равна:

б) -Draax =68,5 ДПТр

а) Ашп = 58,5 дптр

= 58,5 дптр.

D . =i =------ 1__

тш / 17,1 • Ю-3

▲ 214 Аккомодация нормального глаза: а) дальняя точка на °°; б) ближняя точка (воз раст 20 лет); в) расстояние наилуч шего зрения

Оптическая сила глаза максимальна при максимальном напряжении циллиарной мышцы. При этом, согласно формуле (194), четкое наблюдение предмета возможно в ближней точке. Ближняя точка — наименее удаленная от глаза точка расположения объекта, четко видимая глазом. Положение ближней точки и соответственно максимальная оптическая сила для нормального глаза изменяются с возрастом (табл. 10). При известной ближней точке d2 максимальная оптическая сила - Dmax находится по формуле (194) (рис. 214, б).

Таблица 10

Изменение с возрастом положения ближней точки

и максимальной оптической силы для нормального глаза

Возраст, лет	10	20	30	40	50	60	70
Ближняя точка, см	7	10	14	22	40	200	400
max	72,8	68,5	65,6	63	61	59	58,8

Удаление от глаза с возрастом ближней точки объясняется постепенным снижением сокращательной способности циллиарной мышцы и Уменьшением эластичности хрусталика.

Если предмет находится около ближней точки, угол зрения (рис. 214, б) оказывается максимальным: предмет виден лучше всего. Однако при та-

254 Электромагнитное излучение

ком наблюдении значительно усиливается напряжение циллиарной мышцы и глаз устает. Поэтому обычно предметы располагают от глаза на расстоянии наилучшего зрения. Расстояние наилучшего зрения — расстояние от объекта до глаза, при котором угол зрения оказывается максимальным, а глаз не утомляется при длительном наблюдении.

Для нормального глаза расстояние наилучшего зрения принимают равным <2Н = 25 см (рис. 214, в).

Согласно формуле (194), для получения четкого изображения предмета, находящегося на этом расстоянии, требуется оптическая сила 62,5 дптр.

Дефекты зрения и их коррекция. Ослабление зрения с возрастом. Возрастная коррекция зрения оказывается необходимой, когда расстояние, на которое удалена от глаза ближняя точка, превысит расстояние наилучшего зрения. Для коррекции этого дефекта зрения применяют очки с собирающими (вогнуто-выпуклыми) линзами. С их помощью ближняя точка перемещается на расстояние наилучшего зрения (табл. 11). В возрасте 50 лет ближняя точка находится в среднем на расстоянии 40 см от глаза, что соответствует максимальной оптической силе - Dmax = 61 дптр. Так как оптическая сила близко расположенных линз равна сумме оптических сил очков и глаза D = Dmax + D0, то оптическая сила линзы очков должна составлять D0 = 1,5 дптр.

Дальнозоркость и близорукость — дефекты зрения, связанные с отличием от нормы либо длины глаза, либо радиуса кривизны роговицы.

Астигматизм — дефект зрения, связанный с несферичностью роговицы, т. е. ее различной кривизной в разных плоскостях. В результате этого изображения предмета в горизонтальном и вертикальном направлениях возникают в различных плоскостях, так что человек не может одновременно четко видеть вертикальные и горизонтальные переплеты окна. Астигматизм корректируется с помощью цилиндрических линз.

ВОПРОСЫ

1.  Опишите строение человеческого глаза и назначение отдельных его элементов.

2.  Чем характеризуется разрешающая способность глаза?

3.  Что называют аккомодацией? Каким образом она реализуется?

4.  Дайте определение дальней и ближней точек. Какое расстояние называют расстоянием наилучшего зрения?

5.  Перечислите основные дефекты зрения и укажите способы их коррекции.

ЗАДАЧ И

1. Оцените максимальный размер предмета, детали которого не сможет различать че
ловек с нормальным зрением на расстоянии 100 м. [2,91 см]

Геометрическая оптика

25

табл ица 11

Коррекция дефектов зрения

Возрастная коррекция зрения

Астигматизм и его коррекция

D,^ = 61 дптр

ближняя точка {возраст 50 лет);

изображение предмета в астигматическом глазе

D = 61 дптр

смещение с помощью очков

коррекция астигматизма с помощью цилиндрической линзы

Коррекция дальнозоркости

Коррекция близорукости

дальнозоркий глаз

близорукий глаз

Z)„>0

D0>0

собирающая {вогнуто-выпуклая) линза очков для коррекции дальнозоркости

рассеивающая {выпукло-вогнутая)

линза очков для коррекции

близорукости

256

Электромагнитное излучение

После чтения книги, находящейся на расстоянии 25 см от глаза, человек переводит
взгляд на небо. Как изменится при этом оптическая сила глаза? [-4 дптрт

Школьник обычно читает книгу, держа ее на расстоянии d = 20 см от глаз. Очки какой
оптической силы следует ему носить для чтения книги на расстоянии наилучшего
зрения dH? [-1 дптр]

Ближняя точка находится на расстоянии 2 м от глаза дальнозоркого человека. Очки
какой оптической силы следует ему носить для наблюдения предметов на расстоя
нии наилучшего зрения? [3,5 дптр] Человек носит очки с оптической силой D = -2,25 дптр. Найдите для него расстоя
ние наилучшего зрения. [16 см]

§ 66. Оптические приборы, увеличивающие угол зрения

Лупа. Чем больше светочувствительных клеток сетчатки участвует в создании изображения одного и того же предмета, т. е. чем крупнее изображение предмета на сетчатке, тем больше зрительная информация, получаемая глазом о предмете. Размер изображения предмета АВ на сетчатке можно характеризовать углом зрения ан при наблюдении предмета на расстоянии наилучшего зрения <2н = 25 см (рис. 215, а). Если размер предмета h много меньше dH, то (так как tg ан ~ ан)

0L

А

d„

Для увеличения угла зрения используют лупу.

б)

а)

А 215

Угловое увеличение лупы: а) предмет на расстоянии наилучшего зрения; б) увеличение угла зрения с помощью лупы

Сверхпроводящие магниты

Полотно дороги

Катушки, поддерживающие вагон снизу

Катушки, вызывающие движение вагона

▲ i

Поезд на магнитной подушке

+ II

«Левитация» высокотемпературного

сверхпроводника

(над постоянным магнитом)

1 пр. в. А. Касьянов, 11 кл.

\t = 0 [t = T

6-ft

>!*

Am

I,

	JB J
_л«в^^	;■;■■•
1 Ш
	пят
..9		i

Принцип действия генератора переменного тока

Геометрическая оптика

257

Лупа — короткофокусная собирающая линза.

Помещая лупу перед глазом, рассматриваемый предмет располагают между лупой и ее фокусом Fn (в непосредственной близости от фокуса). При этом увеличенное, прямое, мнимое изображение предмета в лупе будет находиться на бесконечном удалении от глаза. Такое расположение изображения облегчает его наблюдение, так как в этом случае напряжение глаза — минимально. Угол зрения осл при использовании лупы (рис. 215, б) можно приближенно оценить как

_ h h_

л ~ d F'

л

Для того чтобы характеризовать изменение угла зрения, вводят понятие углового увеличения.

Угловое увеличение — отношение угла зрения, полученного с помощью оптического прибора, к углу зрения невооруженного глаза на расстоянии наилучшего зрения.

Для лупы с оптической силой D = 1/Fa:

ra=^=F> (195)

или

ra = d„D. (196)

Чем меньше фокусное расстояние лупы Fa, тем большее угловое увеличение она дает.

Угловое увеличение лупы пропорционально ее оптической силе.

При уменьшении фокусного расстояния лупы возникает серьезное искажение качества изображения, поэтому в качестве нижнего предела фокусного расстояния используют FM = 2 см. Это означает, что, согласно формуле (195), угловое увеличение лупы находится в пределах порядка Г < 10. Большее угловое увеличение требует такой оптической силы (см. формулу (196)), которая не может быть достигнута с помощью одной короткофокусной линзы.

Оптический микроскоп. Для получения большего углового увеличения используют оптические системы, состоящие из нескольких линз. К таким системам относится оптический микроскоп, который состоит из ЯвУх короткофокусных линз — объектива и окуляра (рис. 216, а).

"' А. Касьянов, 11 кл.

258

Электромагнитное излучение

Окуляр Изображение предмета

Окуляр

Объектив Предмет

216 ►