Глаз как оптическая система, дефекты зрения и способы их исправления

Ключевые слова: глаз, близорукость, дальнозоркость, очки.

На этом уроке вы:

• узнаете о видах коррекции глаза.

Человек воспринимает информацию об окружающем мире органами чувств. Зрение является одним из этих органов. Зрение человека — способность воспринимать информацию путем преобразования световой энергии, осуществляемая его зрительной системой. Обработка светового сигнала начинается на сетчатке глаза, затем происходит возбуждение фоторецепторов и передача информации в центр зрения. Основную информацию о мире, об окружающей среде мы узнаем с помощью глаз.

Глаз. Глаз представляет собой «живой» оптический прибор, позволяющий воспринимать окружающий мир как человеку, так и животному. Глаз дает уменьшенное, действительное, перевернутое изображение предмета на сетчатке глазного яблока.

Структура глаза изображена на рисунке 41.1.

Рис. 41.1

1. Склера — внешняя оболочка глазного яблока.
2. Роговица — передняя прозрачная часть склеры (ее показатель преломления $n = 1{,}38$).
3. Сосудистая оболочка, состоящая из кровеносных сосудов, питающих глаз. Она прилегает к склере с внутренней стороны.
4. Радужная оболочка — передняя часть сосудистой оболочки. У разных людей цвет радужной оболочки разный.
5. Зрачок — составляющая глаза в середине радужной оболочки, сквозь которую проходит свет. Диаметр зрачка рефлекторно изменяется от 2 до 8 мм в зависимости от освещенности.
6. Хрусталик — прозрачное, упругое, слоистое тело, похожее на двояковыпуклую линзу, проектирующую изображение на сетчатку глазного яблока. Возможность кривизны хрусталика меняться под воздействием мышц, облегающих его со всех сторон, приводит к тому, что изображения предметов, лежащих на различных расстояниях, проектируются точно на поверхность чувствительного слоя сетчатки. Этот процесс называется аккомодацией. Т. е. аккомодация — это приспособление глаза к отчетливому видению на различных расстояниях путем изменения радиуса кривизны хрусталика. Расстояние от предмета до глаза, при котором удобнее всего рассматривать детали предмета, называется расстоянием наилучшего зрения. Для нормального глаза это расстояние составляет 25 см.
7. Мышцы, которые могут деформировать хрусталик, что приводит к изменению его радиуса кривизны. Кроме того, эти мышцы поворачивают глаз так, чтобы его ось была направлена на рассматриваемый предмет. Напряжения мышц правого и левого глаза различаются тем сильнее, чем ближе предмет. Изображения близкого предмета на сетчатках правого и левого глаза несколько отличаются друг от друга. Это дает человеку возможность оценивать расстояние до предмета или его частей, а также создает впечатление объемности наблюдаемых тел.
8. Водянистая жидкость.
9. Стекловидное тело, заполняющее полость глазного яблока, представляет собой студенистую жидкость.
10. Сетчатка покрывает все дно глазного яблока. Она состоит из разветвлений зрительного нерва.
11. Зрительный нерв, нервные окончания которого называются колбочки и палочки. Они представляют собой светочувствительные элементы.
12. Желтое пятно — место на сетчатке, наиболее чувствительное к свету.
13. Слепое пятно — место на сетчатке, куда входит зрительный нерв.

Глаз можно рассматривать как оптическую систему с переменным фокусным расстоянием и неизменным расстоянием до экрана (т. е. сетчатки). Свет проецируется на сетчатку, нервные окончания которой посылают импульс в центр зрения головного мозга. Этот процесс приводит к образованию зрительных образов.

Если рассматривать предмет, то лучи от его крайних точек $A$ и $B$ (рис. 41.2) попадают на глаз и после преломления в преломляющих средах глаза собираются на сетчатке в точках $a$ и $b$. Лучи после преломления в глазу образуют угол, который и называется углом зрения.

Величина угла зрения зависит от двух факторов — величины предмета, который мы рассматриваем, и расстояния его от глаза, как показано на рисунке 41.3. Стрелки $AB$ одной и той же величины, но находящиеся на разном расстоянии от глаза, мы видим под разным углом зрения. В то же время от предмета $A_1B_1$, который намного больше предмета $AB$, лучи на сетчатую оболочку будут падать после преломления под одним и тем же углом зрения, так как эти предметы находятся от глаза на разном расстоянии. Таким образом, предмет виден под большим углом, если он ближе к глазу. В нашей повседневной жизни практически это хорошо известно — мы приближаем предмет к глазу, когда хотим его детально рассмотреть, т. е. видим его под большим углом зрения.

Рис. 41.2

Рис. 41.3

По своему устройству глаз сходен с фотоаппаратом (рис. 41.4). Роль объектива выполняет хрусталик совместно со стекловидным телом. Изображение получается на чувствительной поверхности сетчатки. Получение четкого изображения осуществляется путем аккомодации. Зрачок играет роль изменяющейся по размерам диафрагмы.

Рис. 41.4

Очки. Глаз человека с нормальным зрением (расстояние наилучшего видения равно 25 см) проецирует изображение предмета на сетчатку. У некоторых же людей глаза в ненапряженном состоянии проецируют изображение не на сетчатку, а перед ней (рис. 41.5, а). Такие люди обладают дефектом зрения, называемым близорукостью. Близорукий человек отчетливо видит предметы, начиная с определенного расстояния. Он хорошо различает близкие предметы, но плохо — удаленные от него. При близорукости медицина предлагает очки с рассеивающими линзами или, как говорят, минусовые очки (рис. 41.5, б).

Если же глаз дает изображение предмета за сетчаткой (рис. 41.6, а), то дефект называется дальнозоркостью. Люди с этим дефектом хотя и видят далекие предметы, но не отчетливо, слабо различая их очертания. Близкие же предметы дальнозоркие люди видят плохо, расплывчато. У них ближний предел аккомодации наблюдается при расстояниях до предмета, больших 25 см. При дальнозоркости носят очки с собирающими линзами (рис. 41.6, б).

Зрение двумя глазами (бинокулярное зрение) дает возможность воспринимать объемное изображение предметов, глубину их расположения, оценивать расстояние, на котором они находятся. Когда рассматриваем предметы одним глазом, то создается впечатление, что предметы лежат в одной плоскости.

Рис. 41.5. Близорукость: а) изображение перед сетчаткой; б) коррекция рассеивающей линзой

Рис. 41.6. Дальнозоркость: а) изображение за сетчаткой; б) коррекция собирающей линзой

Это интересно! Благодаря особенностям зрения и цветовосприятия возникают зрительные обманы. Глядя на рисунок 41.7, можно пронаблюдать иллюзию цветовосприятия. Создается впечатление, что овалы на разных квадратах разного цвета, а на самом деле овалы имеют одинаковый серый оттенок.

Глядя на рисунок 41.8, создается ощущение, что левый внутренний круг больше, хотя круги одинаковые. Так же, как и на рисунке 41.9, линии, кажущиеся разной длины, на самом деле одинаковые.

Горизонтальные линии (рис. 41.10), если внимательно рассмотреть, параллельны друг другу.

Рис. 41.7, 41.8, 41.9 и 41.10

Вопросы

1. Как вы понимаете явление аккомодации?
2. Что означают эти величины: −3 дптр, +4,5 дптр?
3. Что изображено на рисунке 41.11?
4. Может ли наблюдаться ситуация, изображенная на рисунке 41.12, в практической реальности?
5. Как вы думаете, что изображено на рисунке 41.13: замкнутые линии или спираль? Ответ обоснуйте.
6. Какие очки изображены на рисунке 41.14?
7. Какие дефекты глаза изображены на рисунке 41.15? Как их исправить?

Рис. 41.11, 41.12, 41.13, 41.14 и 41.15