"Физика (в 2 частях)", Генденштейн Л.Э., Булатова А.А., Корнильев И.Н., Кошкина А.В.; под ред. Орлова В.А.
Глаз — оптическая система, которая помогает видеть предметы: свет проходит через его прозрачные части и фокусируется на сетчатке. Хрусталик действует как собирающая линза, а его кривизна меняется, чтобы изображение оставалось резким на разных расстояниях. Зрачок регулирует количество света, а сетчатка воспринимает изображение и передаёт сигналы в мозг. Разобравшись в работе глаза, можно понять, почему возникают близорукость и дальнозоркость и как их исправляют очками.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Глаз — оптическая система, которая формирует изображение предмета на сетчатке. Иначе говоря, разные части глаза направляют и преломляют свет так, чтобы он собрался в нужном месте. Благодаря этому свет от предметов становится зрительным сигналом, который глаз может передать мозгу.
Хрусталик — прозрачное эластичное тело глаза, выполняющее роль собирающей линзы. Он преломляет световые лучи и помогает свести их к сетчатке. Эластичность нужна, чтобы менять его форму и сохранять резкость при переводе взгляда с одного расстояния на другое.
Аккомодация — изменение оптической силы глаза для получения резкого изображения предметов на разных расстояниях. Оптическая сила показывает, насколько сильно линза преломляет свет. Аккомодация позволяет хрусталику приспосабливаться к тому, куда направлен взгляд.
Сетчатка — светочувствительный слой глаза, на котором возникает изображение предмета. Она воспринимает попавший на неё свет и превращает его воздействие в сигналы для зрительного нерва. Именно на сетчатке должно оказаться чёткое изображение, чтобы зрение было ясным.
Свет от предмета сначала попадает на роговицу — прозрачную преломляющую поверхность в передней части глаза. Затем лучи проходят через зрачок, который является отверстием, а не отдельной линзой. Зрачок ограничивает световой пучок и тем самым регулирует, сколько света попадёт внутрь. После него свет проходит через хрусталик и направляется к сетчатке.
Хрусталик действует как собирающая линза, потому что преломляет лучи так, чтобы они сходились. Когда от разных точек предмета лучи попадают на сетчатку, там возникает изображение. Оно действительное, то есть его можно получить на экране, а также уменьшенное и перевёрнутое. Переворот получается из-за пересечения лучей при прохождении через оптическую систему глаза.
Чтобы видеть предмет на другом расстоянии, глазу нужно изменить место, где сходятся лучи. Хрусталик эластичен, поэтому его кривизна может меняться. При взгляде на близкий предмет он становится более выпуклым, его оптическая сила увеличивается, и фокус смещается так, чтобы изображение оказалось на сетчатке. При взгляде вдаль хрусталик становится более плоским, а его оптическая сила уменьшается.
В норме лучи от удалённых предметов фокусируются на сетчатке, когда хрусталик не приходится дополнительно напрягать для аккомодации. Удалённые предметы посылают к глазу почти параллельные лучи, поэтому их удобно фокусировать без изменения формы хрусталика. Если для чёткого зрения вдаль глазу нужна постоянная аккомодация, это может указывать на нарушение фокусировки. От места, где собираются лучи, зависит, будет ли изображение резким.
При близорукости лучи от удалённого предмета сходятся перед сетчаткой, поэтому вдаль человек видит хуже. Рассеивающая линза перед глазом немного разводит лучи, и после преломления в глазу изображение оказывается на сетчатке. При дальнозоркости фокус удалён бы от сетчатки и оказался бы за ней; для коррекции применяют собирающую линзу. Она заранее сближает лучи и помогает сфокусировать их на сетчатке.
Таблица показывает, какую задачу выполняет каждая часть глаза на пути света от предмета к сетчатке и затем к мозгу. Пользуйся ею, чтобы не путать регулирование количества света с его фокусировкой. Проследи путь по строкам сверху вниз: сначала свет проходит через оптические части, а затем информация передаётся нервом.
| Часть глаза | Физическая роль | Что происходит со светом или изображением |
|---|---|---|
| Роговица | Расположенная перед хрусталиком преломляющая поверхность | Изменяет направление световых лучей |
| Зрачок | Отверстие, регулирующее количество поступающего света | Ограничивает световой пучок |
| Хрусталик | Собирающая линза с изменяемой оптической силой | Фокусирует лучи на сетчатке |
| Сетчатка | Светочувствительный экран | Получает действительное перевёрнутое изображение |
| Зрительный нерв | Передача информации в мозг | Направляет сигналы о воздействии света |
Задача 1. Укажите последовательность прохождения света в глазе от предмета до светочувствительного слоя. Нужно выстроить части глаза по ходу луча и не включать в путь зрительный нерв: он передаёт сигналы, а не пропускает свет.
Задача 2. Человек переводит взгляд с далёкого предмета на текст книги. Что происходит с хрусталиком и аккомодацией? Чтобы изображение книги попало на сетчатку, нужно учесть, что близкий предмет посылает к глазу расходящиеся лучи.
Задача 3. Человек видит удалённые предметы резко, а близкие — только на большом расстоянии. Определите возможный недостаток зрения и линзы для очков. Сначала выясним, в каком случае человеку трудно рассмотреть предмет вблизи, затем подберём линзу по тому, как она меняет ход лучей.
Считать изображение на сетчатке прямым. Оптическое изображение перевёрнуто, но это не значит, что человек видит мир вверх ногами: зрительное восприятие формирует мозг. Ошибку допускают, когда путают изображение на сетчатке с тем, как мы воспринимаем предмет. Проверка: вспомни, что собирающая линза может давать перевёрнутое изображение.
Путать зрачок и хрусталик. Зрачок регулирует количество света, а хрусталик фокусирует лучи. Их функции легко перепутать, потому что оба находятся на пути света. Проверка: спроси себя, какая часть меняет форму для чёткого зрения вблизи, а какая является отверстием.
Считать, что при рассматривании близкого предмета хрусталик становится плоским. Наоборот, он увеличивает кривизну и оптическую силу, чтобы сильнее преломлять лучи. Ошибка возникает, если перепутать настройку для близкого и далёкого предмета. Проверка: близкий предмет требует более выпуклого хрусталика, а далёкий — более плоского.
Путать близорукость с дальнозоркостью. При близорукости изображение удалённого предмета формируется перед сетчаткой, а при дальнозоркости — за ней. Названия состояний похожи, поэтому полезно проверять не название, а положение фокуса. Проверка: рассеивающие линзы исправляют близорукость, собирающие — дальнозоркость.
Чтобы понять устройство глаза, пригодятся знания о преломлении света, собирающих и рассеивающих линзах, фокусе и построении изображений. Они помогают объяснить, почему лучи собираются на сетчатке и как очки меняют их ход. Те же принципы используются в фотоаппарате, микроскопе и других оптических приборах, хотя их устройство отличается от глаза. Оптическая сила линз важна и при подборе очков для коррекции зрения.
Почему мы видим предметы, если изображение на сетчатке перевёрнуто?
На сетчатке действительно возникает перевёрнутое оптическое изображение. Мозг обрабатывает сигналы от глаза и формирует наше зрительное восприятие предметов. Поэтому окружающий мир не кажется нам перевёрнутым.
Чем хрусталик отличается от зрачка?
Хрусталик — прозрачная линза, которая преломляет и фокусирует свет на сетчатке. Зрачок — отверстие перед хрусталиком: он регулирует, сколько света попадёт внутрь глаза.
Как глаз фокусируется на близком и далёком предмете?
Для близкого предмета хрусталик становится более выпуклым, и его оптическая сила увеличивается. Для далёкого предмета он становится более плоским, а оптическая сила уменьшается. Такое изменение называют аккомодацией.
Почему при близорукости нужны очки с рассеивающими линзами?
При близорукости лучи от удалённого предмета собираются перед сетчаткой. Рассеивающая линза немного разводит лучи до их попадания в глаз, поэтому хрусталик фокусирует их дальше — на сетчатке.
Можно ли считать глаз обычной собирающей линзой?
Нет, глаз — сложная оптическая система, а не одна линза. Свет преломляется в нескольких его частях, а хрусталик меняет кривизну для фокусировки. Кроме того, сетчатка воспринимает свет, а зрительный нерв передаёт сигналы мозгу.
1. Глаз
