"Физика", Громов С.В., Родина Н.А., Белага В.В. и др./Под ред. Ю.А. Панебратцева
Глаз работает как сложная оптическая система: роговица и хрусталик преломляют свет, а на сетчатке возникает изображение предмета. Светочувствительные клетки сетчатки преобразуют его в нервные сигналы, которые поступают в мозг. Чтобы ясно видеть и близкие, и удалённые предметы, глаз меняет кривизну хрусталика — это называется аккомодацией. Если фокус оказывается не на сетчатке, зрение корректируют очками с собирающими или рассеивающими линзами.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Глаз как оптическая система — система, в которой роговица и хрусталик преломляют свет и создают изображение на сетчатке. Роговица первой направляет лучи внутрь глаза, а хрусталик помогает их сфокусировать. Благодаря этому свет от предмета собирается в изображение, которое может воспринимать сетчатка.
Хрусталик — прозрачная эластичная линза внутри глаза, способная менять свою кривизну. Его роль — изменять преломление света так, чтобы изображение предмета оказалось на сетчатке. Чем сильнее хрусталик выпуклый, тем больше он преломляет лучи.
Сетчатка — светочувствительная оболочка, на которой образуется изображение и свет преобразуется в нервные сигналы. Эти сигналы передаются в мозг, где обрабатываются. Поэтому сетчатку можно сравнить с приёмником изображения, а не с линзой, которая направляет свет.
Аккомодация — изменение оптической силы глаза, позволяющее чётко видеть предметы на разных расстояниях. Оптическая сила показывает, насколько сильно система преломляет свет. При аккомодации меняется кривизна хрусталика, поэтому фокусировка может приспосабливаться к расстоянию до предмета.
Свет от предмета сначала проходит через роговицу, затем — через хрусталик и другие прозрачные среды глаза. На границах сред лучи преломляются, то есть меняют направление. Преломление необходимо, чтобы лучи от каждой точки предмета сошлись в соответствующих точках сетчатки, а не продолжали идти почти прямо. Совместная работа роговицы и хрусталика создаёт оптическую систему, которая фокусирует свет внутри глаза.
На сетчатке возникает действительное изображение: его можно получить на поверхности, куда приходят лучи. Оно уменьшенное и перевёрнутое, потому что лучи от верхней и нижней частей предмета пересекаются при прохождении через оптическую систему. Светочувствительные клетки сетчатки преобразуют свет в нервные сигналы. Мозг получает и обрабатывает эти сигналы, поэтому мы воспринимаем предметы, а не просто набор световых точек на сетчатке.
Предметы находятся на разных расстояниях, поэтому лучи от них приходят в глаз с разной степенью расхождения. Если бы хрусталик всегда имел одну и ту же форму, фокус для части предметов не совпадал бы с сетчаткой и изображение было бы нечётким. При рассматривании близкого предмета хрусталик становится более выпуклым и сильнее преломляет свет. Для удалённого предмета он становится более плоским, и преломление ослабевает; такое изменение оптической силы глаза называется аккомодацией.
При близорукости лучи от удалённого предмета фокусируются перед сетчаткой, поэтому удалённые предметы видны хуже. Это происходит, когда оптическая система глаза собирает лучи слишком сильно для данного расстояния до сетчатки. Рассеивающая линза перед глазом немного разводит лучи ещё до их попадания в оптическую систему глаза. Благодаря этому общий фокус смещается назад, к сетчатке.
При дальнозоркости лучи от близкого предмета без коррекции фокусировались бы за сетчаткой, поэтому близкие предметы рассматривать труднее. Для их сведения оптической системе глаза не хватает преломляющего действия. Собирающая линза в очках усиливает преломление света ещё до его попадания в глаз. В результате фокус смещается вперёд и может оказаться на сетчатке, так что изображение становится чётче.
Сопоставляй положение изображения и то, какие предметы человек видит хуже: вместе они помогают различить нарушение зрения. В последнем столбце указана линза, которая помогает перенести фокус на сетчатку. Для нормального зрения дополнительная корректирующая линза не требуется.
| Случай | Где формируется изображение относительно сетчатки | Какие предметы видны хуже | Корректирующая линза |
|---|---|---|---|
| Нормальное зрение | На сетчатке | При обычном зрении — ни близкие, ни далёкие | Не требуется |
| Близорукость | Перед сетчаткой для удалённых предметов | Удалённые | Рассеивающая |
| Дальнозоркость | За сетчаткой для близких предметов | Близкие | Собирающая |
Задача 1. Назовите основные части глаза, через которые проходит свет, и укажите, где образуется изображение. Чтобы ответить, нужно проследить путь лучей и отличить части, которые преломляют свет, от поверхности, на которой возникает изображение.
Ответ: свет проходит через роговицу и хрусталик, а изображение формируется на сетчатке. Хрусталик фокусирует свет, сетчатка воспринимает его.
Задача 2. У человека изображение далёких предметов образуется перед сетчаткой. Определите вид нарушения зрения и тип линзы для его коррекции. Решение основано на сравнении заданного положения фокуса с характерными признаками близорукости и дальнозоркости.
Ответ: у человека близорукость; для коррекции используют рассеивающую линзу.
Задача 3. Человек с дальнозоркостью читает текст, держа книгу на расстоянии 40 см. Объясните, почему ему трудно читать вблизи, и укажите, как очки помогают получить чёткое изображение на сетчатке. Расстояние само по себе не меняет диагноз: важно, что дальнозоркому трудно сфокусировать изображение близкого предмета.
Ответ: при дальнозоркости изображение близкого текста стремится образоваться за сетчаткой. Очки с собирающими линзами помогают сфокусировать его на сетчатке.
Ошибка: считать изображение на сетчатке прямым. Из-за привычного восприятия предметов легко предположить, что их изображение тоже не перевёрнуто. Но лучи от разных частей предмета пересекаются внутри глаза, поэтому изображение на сетчатке перевёрнутое. Проверка: вспомни, что мозг обрабатывает сигналы сетчатки, а не просто копирует её изображение.
Ошибка: путать хрусталик с сетчаткой. Обе части связаны со зрением, поэтому их функции иногда смешивают. Хрусталик преломляет и фокусирует свет, а сетчатка воспринимает изображение и превращает свет в нервные сигналы. Проверка: спроси себя, какая часть действует как линза, а на какой возникает изображение.
Ошибка: считать, что при близорукости изображение возникает за сетчаткой. Такое положение фокуса связывают с дальнозоркостью, поэтому термины можно перепутать. При близорукости изображение удалённого предмета фокусируется перед сетчаткой. Проверка: запомни, что близорукий человек хуже видит вдаль и что коррекция должна отодвинуть фокус назад.
Ошибка: выбирать собирающую линзу для близорукости. Можно решить, что для улучшения фокусировки всегда нужна собирающая линза, но при близорукости лучи и так сходятся слишком рано. Рассеивающая линза разводит их и помогает перенести фокус к сетчатке; собирающую используют при дальнозоркости. Проверка: сначала определи, где находится изображение, а затем — куда нужно сдвинуть фокус.
Для понимания работы глаза нужно знать, как линзы преломляют свет и где формируется изображение. Сравнение собирающих и рассеивающих линз помогает объяснить, почему разные нарушения зрения корректируют по-разному. Оптическая сила линзы связана с тем, насколько сильно она преломляет лучи; изменение оптической силы глаза происходит при аккомодации. Понимание фокусировки пригодится при изучении оптических приборов: например, фотоаппарат тоже направляет свет на светочувствительную поверхность, а микроскоп использует линзы для получения увеличенного изображения.
Почему мы видим предметы чётко на разных расстояниях?
Глаз изменяет кривизну хрусталика и тем самым его оптическую силу. Для близких предметов хрусталик становится более выпуклым, а для далёких — более плоским, поэтому изображение может оставаться на сетчатке.
Где именно в глазу образуется изображение?
Изображение формируется на сетчатке — светочувствительной оболочке внутри глаза. Его создают преломлённые роговицей и хрусталиком лучи.
Почему изображение на сетчатке перевёрнутое, а предметы мы воспринимаем нормально?
Лучи от разных точек предмета пересекаются при прохождении через оптическую систему глаза, поэтому изображение получается перевёрнутым. Мозг обрабатывает сигналы от сетчатки и помогает нам воспринимать расположение предметов привычным образом.
Чем близорукость отличается от дальнозоркости?
При близорукости изображение удалённого предмета фокусируется перед сетчаткой, поэтому хуже видны далёкие предметы. При дальнозоркости изображение близкого предмета оказывается за сетчаткой, и труднее рассматривать близкие предметы.
Почему для коррекции близорукости нужны рассеивающие линзы?
При близорукости лучи от удалённого предмета сходятся слишком рано — перед сетчаткой. Рассеивающая линза немного разводит лучи до их попадания в глаз и помогает перенести фокус на сетчатку.
37. Глаз как оптическая система
