§ 19. Глаз и зрение. Формирование изображения на сетчатке

Определения и обозначения

Глазное яблоко — орган зрения, включающий оболочки, оптические среды и световоспринимающую часть. Оно защищает внутренние структуры и направляет свет к сетчатке. Благодаря совместной работе его частей человек получает зрительную информацию.

Хрусталик — прозрачное эластичное тело, которое преломляет свет и может изменять свою кривизну. Он действует как естественная линза глаза. Это позволяет наводить резкость на предметы, находящиеся на разном расстоянии.

Сетчатка — внутренняя оболочка глаза, содержащая фоторецепторы, то есть клетки, чувствительные к свету. Она превращает световое раздражение в нервные сигналы. Эти сигналы затем передаются в мозг для создания зрительного образа.

Аккомодация — изменение преломляющей силы глаза для получения чёткого изображения предметов на разных расстояниях. Главную роль в этом процессе играет изменение кривизны хрусталика. Благодаря аккомодации мы можем переводить взгляд с книги на удалённый объект.

Как это устроено

Свет сначала проходит через роговицу — прозрачную переднюю часть глаза, которая сильно преломляет лучи. Затем он проходит через водянистую влагу, зрачок, хрусталик и стекловидное тело. Эти среды направляют и преломляют лучи так, чтобы они сошлись на сетчатке, иначе изображение получилось бы нечётким.

Радужка работает как регулируемая диафрагма фотоаппарата, а зрачок является отверстием в её центре. При ярком освещении мышцы радужки суживают зрачок, чтобы внутрь попало меньше света и фоторецепторы не испытывали чрезмерного раздражения. В темноте зрачок расширяется, помогая уловить слабый свет.

Для рассматривания близкого предмета хрусталик становится более выпуклым и сильнее преломляет лучи. При переводе взгляда вдаль он уплощается, поэтому его преломляющая сила уменьшается. Такое изменение формы называют аккомодацией: оно помогает переместить изображение на сетчатку, а не перед ней или за ней.

Оптическая система глаза подобна собирающей линзе, поэтому лучи после преломления сходятся и дают на сетчатке действительное изображение. Оно получается уменьшенным, потому что сетчатка расположена ближе к линзе, чем предмет, и перевёрнутым из-за перекрещивания лучей. Мозг анализирует положение сигналов и опыт человека, поэтому окружающий мир не воспринимается перевёрнутым.

В сетчатке находятся палочки и колбочки. Палочки чувствительны к слабому освещению, но почти не различают цвета, тогда как колбочки работают при ярком свете и обеспечивают цветное зрение. В жёлтом пятне особенно много колбочек, поэтому здесь изображение наиболее чёткое, а в слепом пятне фоторецепторов нет, поскольку через него выходит зрительный нерв.

Части глаза и их роль в формировании зрения

Таблица помогает связать строение каждой части глаза с её функцией. При повторении сначала закрывайте последний столбец и вспоминайте роль по названию структуры. Особенно важно различать зрачок как отверстие и радужку как мышечную оболочку, которая этим отверстием управляет.

Разбор задач

Задача 1

Условие. Объясните последовательность прохождения света через глаз до светочувствительных клеток сетчатки. Нужно не просто перечислить части глаза, а показать назначение каждой оптической структуры.

1. Сначала свет встречает роговицу, которая пропускает его внутрь глаза и начинает преломлять лучи.
2. Далее лучи проходят через водянистую влагу, зрачок и хрусталик; зрачок ограничивает поток света, а хрусталик изменяет направление лучей и настраивает фокус.
3. Через стекловидное тело свет достигает сетчатки, где палочки и колбочки воспринимают его и превращают раздражение в нервные сигналы.

Ответ. Путь света таков: роговица, водянистая влага, зрачок, хрусталик, стекловидное тело, сетчатка. Каждая прозрачная среда участвует в проведении или преломлении света, а фоторецепторы сетчатки принимают итоговое раздражение.

Задача 2

Условие. Почему человек может чётко читать книгу и видеть удалённый предмет, хотя изображение в обоих случаях должно попасть на сетчатку? Сравним работу глаза при двух расстояниях.

1. Для близкой книги лучи входят в глаз более расходящимся пучком, поэтому их нужно сильнее преломить.
2. Мышцы, связанные с хрусталиком, изменяют его форму: он становится более выпуклым и увеличивает преломляющую силу.
3. Для далёкого предмета лучи приходят почти параллельно, поэтому хрусталик уплощается и преломляет их слабее, сохраняя фокус на сетчатке.

Ответ. Чёткость обеспечивается аккомодацией — изменением кривизны хрусталика. Он становится выпуклее для близких предметов и площе для удалённых.

Задача 3

Условие. Почему изображение небольшого предмета на сетчатке получается перевёрнутым, но человек не видит окружающий мир вверх ногами? Нужно разделить образование изображения и его осмысление.

1. Хрусталик действует как собирающая линза, поэтому лучи от верхней части предмета пересекаются и попадают на нижнюю часть сетчатки.
2. Лучи от нижней части предмета, наоборот, достигают верхней части сетчатки, и изображение получается перевёрнутым.
3. Зрительный нерв передаёт сигналы в мозг, где зрительная информация сопоставляется и интерпретируется с учётом положения предметов.

Ответ. Перевёрнутое изображение возникает из-за оптических свойств глаза. Правильное восприятие обеспечивается не поворотом изображения в глазу, а обработкой сигналов мозгом.

Типичные ошибки

Ошибка: считать зрачок отдельной светочувствительной структурой. Так думают из-за его чёрного вида, но зрачок — это отверстие в радужке, а свет воспринимает сетчатка. Проверьте себя: спросите, есть ли у зрачка клетки-рецепторы; правильный ответ — нет.

Ошибка: утверждать, что при аккомодации хрусталик перемещается вперёд и назад. Обычно так считают, потому что фокус меняется, однако главным образом изменяется кривизна хрусталика. Проверка простая: в объяснении должна быть указана смена формы и преломляющей силы.

Ошибка: называть изображение на сетчатке мнимым и прямым. Оно действительно возникает на самой сетчатке, является уменьшенным и перевёрнутым. Чтобы проверить ответ, вспомните действие собирающей линзы и положение пересекающихся лучей.

Ошибка: путать слепое пятно с участком наименьшей остроты зрения. Слепое пятно не содержит фоторецепторов, а жёлтое пятно, напротив, обеспечивает наиболее чёткое зрение. Проверьте себя по причине: в первом случае выходит зрительный нерв, во втором много колбочек.

Связь с другими темами

Для понимания темы нужны знания о строении клетки, рецепторах, нервной системе и свойствах света, особенно о его распространении и преломлении. Эти сведения объясняют, как фоторецепторы реагируют на свет и почему лучи меняют направление.

Дальше тема поможет разобраться в близорукости, дальнозоркости и коррекции зрения очками. Она также связана с работой зрительного анализатора, который включает рецепторы, зрительный нерв и отделы мозга.

Связь с физикой проявляется в образовании изображения собирающей линзой. Расстояние до предмета влияет на фокусировку, а изменение кривизны хрусталика позволяет глазу приспосабливаться к этим изменениям.

Что запомнить

• Свет проходит через роговицу, зрачок, хрусталик и стекловидное тело к сетчатке.
• Радужка регулирует диаметр зрачка и количество света.
• Хрусталик изменяет свою кривизну при аккомодации.
• На сетчатке образуется действительное, уменьшенное и перевёрнутое изображение.
• Палочки обеспечивают сумеречное зрение, а колбочки — цветное и наиболее острое зрение.
• Жёлтое пятно — область наилучшей остроты зрения.
• Слепое пятно — место выхода зрительного нерва, где нет фоторецепторов.