§ 70 Глаз и зрение

Определения и обозначения

Глаз — оптическая система, которая собирает свет и создаёт изображение предмета на сетчатке. В неё входят прозрачные части, преломляющие свет, и светочувствительная оболочка. Такое определение помогает понять, почему устройство глаза можно сравнивать с оптическим прибором.

Сетчатка — внутренняя светочувствительная оболочка глаза, на которой формируется изображение. Её клетки воспринимают свет и превращают его в сигналы для нервной системы. Сетчатка нужна как поверхность, на которую глаз наводит изображение, подобно экрану в оптическом приборе.

Аккомодация — изменение кривизны хрусталика, позволяющее чётко видеть предметы на разном расстоянии. Когда кривизна меняется, меняется и преломление лучей. Благодаря этому изображение близкого или далёкого предмета можно удерживать на сетчатке.

Близорукость и дальнозоркость — недостатки зрения, при которых изображение без коррекции формируется не на сетчатке. При близорукости затруднено чёткое зрение вдаль, а при дальнозоркости — вблизи. Знание различий помогает определить, какая линза нужна для коррекции.

Как это устроено

Свет от предмета сначала проходит через роговицу — прозрачную переднюю часть глаза, которая тоже преломляет лучи. Затем лучи проходят через зрачок, отверстие, через которое свет попадает внутрь глаза. Зрачок сам не фокусирует изображение: его размер меняется, чтобы пропускать больше света в темноте и меньше при ярком освещении. После этого хрусталик преломляет лучи и направляет их к сетчатке.

Хрусталик собирает лучи так, чтобы они встретились на сетчатке, иначе изображение получилось бы нечётким. Из-за того, что лучи от верхней и нижней частей предмета пересекаются, изображение на сетчатке оказывается перевёрнутым. Оно также уменьшенное, потому что глаз формирует изображение предмета на небольшой внутренней поверхности. Зрительный нерв передаёт сигналы от сетчатки в мозг, где зрительная информация обрабатывается.

У близкого и далёкого предмета лучи приходят в глаз по-разному: от близкого они расходятся сильнее. Чтобы сфокусировать их на сетчатке, глаз меняет кривизну хрусталика. Это изменение и называется аккомодацией; при нём хрусталик не перемещается к предмету, а становится более или менее выпуклым. Так глаз приспосабливается к изменению расстояния и сохраняет чёткость изображения.

При близорукости лучи от далёкого предмета собираются перед сетчаткой, поэтому на ней возникает размытое изображение. Так бывает, если оптическая сила глаза слишком велика или его длина велика по сравнению с ней. Рассеивающая линза перед глазом немного разводит лучи, и после преломления в глазу они собираются дальше — на сетчатке. Поэтому такая линза помогает лучше видеть вдаль.

При дальнозоркости изображение близкого предмета без коррекции возникает за сетчаткой, и мелкие детали вблизи видны нечётко. В этом случае глазу недостаточно собрать расходящиеся лучи близкого предмета на сетчатке. Собирающая линза предварительно сближает лучи, чтобы оптическая система глаза сфокусировала их на нужном месте. Тип линзы выбирают по тому, где должен оказаться фокус и какое нарушение зрения требуется исправить.

Как формируется изображение и корректируются недостатки зрения

В таблице сравниваются нормальное зрение и два распространённых недостатка. Чтобы ею воспользоваться, найдите случай, при котором предмет виден нечётко, и посмотрите, где в этом случае оказался бы фокус без коррекции. Последний столбец показывает, какая линза помогает переместить фокус на сетчатку.

Разбор задач

Путь света через глаз

Условие. Опишите путь лучей от предмета до сетчатки и объясните, какую роль в этом играют хрусталик и зрачок. Нужно перечислить части глаза в правильном порядке и не приписывать им одинаковые функции.

1. Свет от предмета попадает на роговицу и преломляется. Это начало пути лучей внутрь оптической системы глаза.
2. Затем свет проходит через зрачок. Он регулирует количество попадающего в глаз света, но не собирает лучи в изображение.
3. Хрусталик преломляет лучи и фокусирует их на сетчатке. На сетчатке возникает уменьшенное перевёрнутое изображение, от которого сигналы передаются в мозг.

Ответ. Путь света: роговица, зрачок, хрусталик, сетчатка. Зрачок регулирует световой поток, а хрусталик преломляет лучи и помогает сфокусировать изображение на сетчатке.

Плохо видны далёкие предметы

Условие. У человека плохо видны далёкие предметы. Определите недостаток зрения и выберите тип линз для очков. Главная подсказка — нечёткость возникает при взгляде вдаль, а не вблизи.

1. При близорукости изображение далёкого предмета без коррекции возникает перед сетчаткой. Это объясняет, почему именно удалённые объекты видны нечётко.
2. Чтобы исправить положение фокуса, нужно ослабить сходимость лучей до того, как они попадут в глаз. Эту задачу выполняет рассеивающая линза.
3. Проверяем выбор по результату: после коррекции лучи должны сфокусироваться на сетчатке, а не перед ней. Следовательно, подходит именно рассеивающая линза.

Ответ. Это близорукость; для очков используют рассеивающие линзы.

Трудно читать вблизи

Условие. Человек хорошо видит удалённые предметы, но с трудом читает мелкий текст вблизи. Нужно определить возможную причину и тип корректирующей линзы. Важно сопоставить расстояние до предмета с характерным признаком нарушения.

1. Трудности при рассматривании близких предметов характерны для дальнозоркости. При ней изображение близкого предмета без коррекции формируется за сетчаткой.
2. Для исправления нужно усилить схождение лучей до того, как они пройдут через оптическую систему глаза. Это делает собирающая линза.
3. Проверяем, куда должен переместиться фокус: с области за сетчаткой на саму сетчатку. Собирающая линза помогает получить именно такой результат.

Ответ. Возможная причина — дальнозоркость; для коррекции применяют собирающую линзу.

Типичные ошибки

Ошибка — считать, что на сетчатке возникает прямое изображение. Её допускают, потому что в обычной жизни предметы воспринимаются расположенными правильно. Проверка простая: вспомните, что собирающая оптическая система пересекает лучи, поэтому изображение на сетчатке перевёрнуто.

Ошибка — путать функции хрусталика и зрачка. Оба связаны со светом, поэтому кажется, что они выполняют одну работу. Проверьте себя вопросом: что меняет направление лучей? Это хрусталик; зрачок лишь регулирует количество света, проходящего внутрь глаза.

Ошибка — представлять аккомодацию как перемещение хрусталика к предмету. Такое объяснение возникает из-за слова «приспособление», которое можно понять как движение. На самом деле меняется кривизна хрусталика, а не его положение; это можно проверить, назвав, какое свойство меняется при фокусировке на разных расстояниях.

Ошибка — менять местами линзы для близорукости и дальнозоркости. Оба нарушения связаны с неправильным положением фокуса, поэтому их легко перепутать. Сверьте случай с таблицей: при близорукости фокус перед сетчаткой и нужна рассеивающая линза, при дальнозоркости фокус за сетчаткой и нужна собирающая.

Связь с другими темами

Для понимания зрения нужно знать, как линзы преломляют свет и где собираются лучи после прохождения через собирающую или рассеивающую линзу. Эти знания помогают объяснить, почему изображение при близорукости оказывается перед сетчаткой, а при дальнозоркости — за ней. По тому же принципу можно понять, как корректирующая линза меняет ход лучей.

Работа глаза связана с устройством оптических приборов. Лупа, микроскоп и фотоаппарат используют линзы, чтобы получить изображение и рассмотреть или зарегистрировать его. Сравнение с глазом помогает понять назначение их оптических частей, хотя строение и способы формирования изображения у приборов различаются.

Что запомнить

• Глаз — оптическая система, формирующая изображение на сетчатке.
• Хрусталик преломляет свет, а зрачок регулирует его количество.
• Изображение на сетчатке уменьшенное и перевёрнутое.
• Аккомодация помогает чётко видеть предметы на разных расстояниях.
• При близорукости изображение далёкого предмета возникает перед сетчаткой.
• Близорукость исправляют рассеивающими линзами.
• Дальнозоркость исправляют собирающими линзами.