Строения глаза

  Содержание

Введение                                                                          2 Основная часть                                                                 Строение глаза                                                         3 Оптическая система глаза  5 Аккомодация  6 Цветовое зрение  8 Дефекты зрения и их коррекция  9 Практическая часть  12 Заключение  14 Литература  15

Введение

Основную часть первоначальной информации об окружающем мире люди получают путем зрительных восприятий, которые возникают при попадании в глаз света. Отраженный от предметов свет позволяет нам видеть их и ориентироваться в пространстве. С помощью глаза  мы можем адекватно оценивать окружающую обстановку, воспринимать информацию и видеть возможную опасность. Представьте только, что вы вдруг бы ослепли. Казалось бы вы всё ещё живёте, но какая это жизнь!  Поэтому так важно знать о своих глазах как можно больше. Обладая подобной информацией, мы сможем сохранить наше зрение здоровым и узнаем много интересного и полезного о собственном организме.

Целью моей работы явилось: подробное изучение строения глаза, его оптической системы, механизма цветового восприятия, современных способов  коррекции рефракционных нарушений, а так же моделирование прибора для демонстрации  оптических процессов в глазе.

В своей работе я использовал научно-популярную, учебную и специализированную литературу.

  2. Основная часть

  2.1. Строение глаза

Глаз - это сложная оптическая система. Световые лучи попадают от окружающих предметов в глаз через роговицу. Роговица в оптическом смысле - это сильная собирающая линза, которая фокусирует расходящиеся в разные стороны световые лучи. Причем оптическая сила роговицы в норме не меняется и дает всегда постоянную степень преломления. Склера является непрозрачной наружной оболочкой глаза, соответственно, она не принимает участия в проведении света внутрь глаза. Роговица –прозрачная  оболочка, покрывающая переднюю часть глаза. В ней отсутствуют кровеносные сосуды, она имеет большую преломляющую силу. Входит в оптическую систему глаза. Роговица граничит с непрозрачной внешней оболочкой глаза – склерой.

  Передняя камера глаза – это пространство между роговицей и радужкой. Она заполнена внутриглазной жидкостью.

  Радужка – по форме похожа на круг с отверстием внутри (зрачком). Радужка состоит из мышц, при сокращении и расслаблении которых размеры зрачка меняются. Она входит в сосудистую оболочку глаза. Выполняет ту же функцию, что диафрагма в фотоаппарате, регулируя светопоток.

  Зрачок – отверстие в радужке. Его размеры обычно зависят от уровня освещенности. Чем больше света, тем меньше зрачок.

  Хрусталик – «естественная линза» глаза. Он прозрачен, эластичен – может менять свою форму, почти мгновенно «наводя фокус», за счет чего человек видит хорошо и вблизи, и вдали. Располагается в капсуле, удерживается ресничным пояском. Хрусталик, как и роговица, входит в оптическую систему глаза. 

  Стекловидное тело – гелеобразная прозрачная субстанция, расположенная в заднем отделе глаза. Стекловидное тело поддерживает форму глазного яблока, участвует во внутриглазном обмене веществ. Входит в оптическую систему глаза.

  Сетчатка – состоит из фоторецепторов (они чувствительны к свету) и нервных клеток. Клетки-рецепторы, расположенные в сетчатке, делятся на два вида: колбочки и палочки. В этих клетках, вырабатывающих фермент родопсин, происходит преобразование энергии света (фотонов) в электрическую энергию нервной ткани, т. е. фотохимическая реакция.

Палочки обладают высокой чувствительностью и позволяют видеть при плохом освещении, также они отвечают за периферическое зрение. Колбочки, наоборот, требуют для своей работы большого количества света, но именно они позволяют разглядеть мелкие детали (отвечают за центральное зрение), дают возможность различать цвета. Наибольшее скопление рецепторов находится в центральной ямке (желтое пятно), отвечающей за самую высокую остроту зрения. Сетчатка прилегает к сосудистой оболочке, но на многих участках неплотно. Именно здесь она и имеет тенденцию при различных заболеваниях сетчатки.

  Склера – непрозрачная внешняя оболочка глазного яблока, переходящая в передней части глазного яблока в прозрачную роговицу. К склере крепятся шесть глазодвигательных мышц. В ней находиться небольшое количество нервных окончании и сосудов.

2.2. Оптическая система глаза

  Геометрическая оптика возникла на заре науки. Она пыталась объяснить законы распространения света и построений изображении при помощи оптических приборов. Иоганн Кеплер впервые рассмотрел глаз как обычный оптический прибор. Он пришел к выводу: изображение на сетчатке перевернутое, и уменьшенное. На вопрос, почему же мир воспринимается неперевернутым, он отвечал: «Я оставил его натурфилософам». Натурфилософы, т. е. физиологи, ответили на него столетиями позже. Дело в том, что глаз соединен с головным мозгом с помощью зрительного нерва.  Этот нерв находится внутри особого отростка, прикрепленного к задней стенке глаза. Он и передает поступающие на сетчатку сигналы в форме импульсов, которые расшифровываются в мозгу. Каждый глаз видит предметы под иным углом, направляя в мозг свой сигнал. Наш мозг еще в самом раннем детстве «учится» сводить вместе оба изображения так, чтобы мы не видели двойных контуров. Наложенные друг на друга изображения позволяют увидеть объем предметов, и то, что один предмет находится впереди или позади другого. Это явление известно как трёхмерность изображения, или «3-D».Кроме того, мозг позволяет нам правильно различать верх и низ. Преломляясь при прохождении через хрусталик, свет оставляет на сетчатке перевернутое изображение. Наш мозг «считывает» изображение и тотчас переворачивает «с головы на ноги». Однако

новорожденный поначалу видит все предметы перевернутыми.

Если расстояние от предмета до линзы гораздо больше фокусного, изображение значительно уменьшается. Именно по этой причине удаленные предметы кажутся нам маленькими.

2.3. Аккомодация глаза

  Для того чтобы четко рассмотреть предмет, необходимо чтобы изображение все время попадало на сетчатку глаза, а для этого необходимо менять фокусное расстояние линзы.

Из формулы видно, что фокусное расстояние двояковыпуклой линзы зависит от показателей преломления линзы и среды, а так же прямо пропорционально радиусу кривизны линзы.

Таким образом, чтобы рассмотреть удаленные предметы нужно увеличить фокусное расстояние линзы, при этом увеличив радиус ее кривизны (т. е сделать её более плоской), а для рассмотрения более близких предметов, следует уменьшить фокусное расстояние, уменьшив радиус кривизны линзы (сделав её более выпуклой). Именно такую роль играют мышцы окружающие хрусталик, которые придают ему различные формы. Скажем, когда вы смотрите на какой-нибудь отдаленный предмет, эти мышцы расслабляются, хрусталик увеличивается в диаметре и становится более плоским. При взгляде на более близкий предмет кривизна хрусталика увеличивается.

Аккомодация глаза - приспособление глаза к ясному видению путем изменения преломляющей силы его оптических сред, в первую очередь хрусталика.

  2.4.  Цветовое зрение

  Со времен Евклида, Галена и Птолемея до 1583 г. существовало заблуждение, будто хрусталик - чувствующий свет орган. Именно Кеплер, который, воздав должное всеми забытому биологу Ф. Платеру, осознал, что светочувствительный орган зрения не хрусталик, а сетчатка. Кеплера по праву следует считать отцом физиологической оптики. На заре эллинской культуры, еще в V в. до н. э., Эмпедокл предположил, что существуют некие основные цвета, смешение которых создает бесконечное разнообразие цветовых оттенков. объяснил физику цвета, сознательно оставив в стороне физиологию цветового восприятия. И наконец, физик (медик по образованию) Томас Юнг, открывший явление интерференции, в 1802 г. предложил теорию цветового зрения, согласно которой в глазу человека имеются только три приемника, воспринимающих основные цвета - красный, зеленый и синий. Энциклопедист естествоиспытатель Гельмгольц (тоже медик по образованию) существенно развил и утвердил трехкомпонентную теорию Юнга.

  Согласно теории цветовое зрения Юнга-Гемгольца (1821-1894) ощущение любого цвета можно получить смешиванием спектрально чистых излучений красного, зеленого и синего цвета. Эта теория хорошо согласуется с наблюдаемыми фактами и предполагает, что в глазу есть только три типа светочувствительных приемников ( колбочек). Они отличаются друг от друга областями спектральной чувствительности. Красный свет воздействует преимущественно на приемники-колбочки первого типа, зеленый - второго, синий - третьего. Сложением излучений таких трех цветов в различных пропорциях можно получить любую комбинацию возбуждения всех трех типов светочувствительных элементов, а значит и ощущение любого цвета. Если все рецепторы возбуждены в одинаковой степени, мы имеем ощущение белого цвета, если рецепторы не возбуждены - черного. По этой причине, накладывающиеся области красного, зеленого и синего цвета выглядят как белое пятно. Наложение красного и синего цвета дает фиолетовый цвет, зеленого и синего - бирюзовый, красного и зеленого –

желтый.

2.5.  Дефекты зрения

  При нормальном зрении световые лучи от предметов проходят, преломляясь, через оптическую систему глаза - роговицу, переднюю камеру глаза, хрусталик, стекловидное тело - и фокусируются на определенной области сетчатки. Сила преломляющего аппарата в таком случае соответствует длине глаза.

  Благодаря такому уникальному органу, как хрусталик, человек при нормальном зрении может без особого труда разглядеть и звезды на ночном небе, и мелкий шрифт в книге. Глаз человека практически не имеет ограничений на дальность восприятия. Острота зрения зависит от плотности расположения фоторецепторов в сетчатке глаза и в среднем составляет 1,0. Однако в норме у некоторых людей может быть несколько ниже (0,7 или 0,8), а может быть и 1,5, и 2,0 единицы и больше.

При близорукости изображение приходится не на определенную область сетчатки, а расположено в плоскости перед ней. Поэтому оно воспринимается нами как нечеткое. Происходит это из-за несоответствия силы оптической системы глаза и его длины. Обычно при близорукости размер глазного яблока увеличен (осевая близорукость), хотя она может возникнуть и как результат чрезмерной силы преломляющего аппарата (рефракционная миопия). Чем больше несоответствие, тем сильнее близорукость. Она может быть врожденной, а может появиться со временем, иногда начинает усиливаться – прогрессировать.

При дальнозоркости изображение приходится не на определенную область сетчатки, а расположено в плоскости за ней. Что и приводит к нечеткости изображения, которое воспринимает сетчатка. Причиной этого служит несоответствие размеров глазного яблока и силы преломляющего аппарата. Это может происходить из-за малого размера глазного яблока и (или) слабости преломляющего аппарата. Увеличив ее, можно добиться того, что лучи будут фокусироваться там, где они фокусируются при нормальном зрении. Дальнозоркость - состояние врожденное. Однако при небольших степенях в молодом возрасте она никак не проявляется, так как может быть компенсирована напряжением хрусталика глаза. В это время дальнозоркость может быть выявлена только при проведении специального обследования (при медикаментозном расширении зрачка хрусталик расслабляется и проявляется истинная рефракция глаза). Поначалу глаз "справляется собственными силами".

Так как затылочные доли головного мозга, ответственные за зрение, воспринимают нечеткую картинку, как расположенную слишком близко, они дают сигнал хрусталику на увеличение силы рефракции. При нормальном зрении такой механизм действует для рассматривания предметов вблизи, здесь он применяется "не по назначению", но дает необходимый результат. Однако когда степень дальнозоркости увеличивается или происходит возрастное снижение эластичности хрусталика (пресбиопия, или возрастная дальнозоркость), сил хрусталика уже не хватает и человек перестает хорошо видеть и вблизи, и вдали.

3. Практическая часть

  3.1.  Описание  «физической  модели  глаза»

Прибор предназначен для демонстрации строения глаза человека, принципа получения изображения на сетчатке глаза,  физической природы дефектов зрения, таких как близорукость и дальнозоркость, а также для демонстрации цветового восприятия. Использоваться прибор может на уроках физики и биологии в общеобразовательных школах. В качестве основания прибора мы воспользовались уже готовой оптической скамьей,  на которой с помощью стоек закреплены его основные части: модель глаза; модель очков и осветитель, сетчатка. Более подробно остановимся на технологии изготовления прибора.

Модель глаза.  Для этого мы взяли обычный резиновый мячик диаметром 150 мм и разрезали его на  две равные части. На выпуклой поверхности обеих половинок мячика на осевой линии, перпендикулярной плоскости сечения, необходимо вырезать отверстия диаметром 55 мм для установки  трубок с раструбом РР Ду-50 и смонтировать эти трубки.  Чтобы обе половинки будущего макета глаза крепились на оптической скамье необходимо смонтировать металлическую стойку диаметром 8 мм в каждую из половинок. Внутренние полости половинок макета глаза необходимо залить раствором гипсовой смеси. На полное высыхание смеси достаточно двое суток. После этого необходимо затвердевшую смесь отшлифовать и произвести окраску  поверхностей половинок макета глаза (кроме внутренних поверхностей трубок). На одну из половинок нанести имитацию глазных мышц.

Сетчатка глаза.  В качестве основания сетчатки мы выбрали текстолитовую пластину толщиной 6 мм размером 220х210мм, на которую наклеили изображение сетчатки  глаза. В среднюю часть колбочек необходимо смонтировать светодиодные лампочки: три красных, три зеленых и три синих.

  Для монтажа лампочек необходимо просверлить девять отверстий диаметром равным диаметру цоколя лампочек. Для более наглядной

демонстрации необходимо чтобы каждая лампочка включалась в электрическую цепь отдельно от других. В связи с этим мы приобрели три трехполюсных выключателя, которые смонтировали с обратной стороны сетчатки глаза. На задней стороне сетчатки также смонтированы клеммы для источника постоянного тока на 12 В для питания

электрических лампочек. Клеммы выключателей, контакты светодиодов соединены проводами с клеммами для  соединения с источником напряжения.

4.Заключение

Живое существо не имеет более верного и сильного защитника, чем глаз. Видеть – значит различать врага и друга и окружающее во всех подробностях. Другие органы чувств выполняют то же, но несравненно грубее и слабее. Осязание и чувство теплоты дают нам вести о внешнем мире только при непосредственном соприкосновении; слух и обоняние, извещающие издалека, недостаточно информируют о расстоянии, направлении и формах. Наши слова «очевидно», «поживем-увидим» равносильны тому, что видимость – достоверность. Современный физик – ученый убеждает других в реальности атомов, а прежние противники существования атомов постоянно аргументировали тем, что атомов никто не видел. В этом смысле надо понимать изречение Анаксагора: «Зрение есть явление невидимого», невидимый мир становится реальностью, явлением посредством зрения.

  Надеемся, наша работа открыла для вас что-то новое и помогла разобраться с элементарными вопросами, связанными с глазами. Ведь мы порой и не замечаем, какие удивительные вещи находятся вокруг нас, и тем более не считаем человека существом уникальным. А ведь это так! Человек представляет собой очень сложный механизм, функционирование которого невозможно без комплектующих его деталей. Глаза можно назвать анализатором окружающей среды. Без них человек не смог бы правильно ориентироваться в пространстве, видеть и воспринимать окружающий мир. Поэтому так важно знать все возможности глаз и тщательно беречь их. Окружающий нас мир полон прекрасных вещей, которые просто необходимо видеть и сохранять в памяти. Мы желаем вам видеть больше таких вещей и беречь ваше зрение!

  5.Используемая литература

Жданов. . Г. Л.  Физика для средних специальных учебных заведений. М. «Наука», 1987. «Курс общей физики» (Том 3).  М. «Наука», 1987. , , Задачи по физике для поступающих в ВУЗы.  М. «Наука»,1984. Суорц Кл. Э. Необыкновенная физика обыкновенных явлений ( Том 2 ). М. «Наука»,1987.   Световые явления вокруг нас. М. «Просвещение», 1986. , Физика в примерах и задачах. М. «Наука»,1983. Теория оптических приборов. М. «Машиностроение»,1966. Оптические наблюдательные  приборы. Их устройство, выбор и эксплуатация. С-П. « Политехника», 1991. Руководство по общей и клинической физиологии. М. «Медицинское информационное агентство», 2002. Основы физики. М. «Высшая школа», 2001. Курс физики. Основы высшей математики, механика и молекулярные явления, колебания и акустика, электричество, магнетизм и оптика. М. «Высшая школа», 1978. Глаз и солнце. М., 1927. Детская энциклопедия. Издательство «Просвещение», 1966г. Беседы по физике. Часть вторая М. «Просвещение» 1985