5. Линза

Для начала рассмотрим линзу. Линза – это прозрачное тело, ограниченное либодвумя сферическими поверхностями, либо сферической поверхностью и плоскостью.

Рассмотрим линзы в поперечном разрезе. Линза искривляет прошедший через неё световой пучок. Если пучок, после полхождения через линзу будет собираться в точку, то такая линза называется собирающей.Если же падающий параллельный световой пучок после прохождении через линзу будет расходиться, то такая линза называетсярассеивающей.

Ниже изображены собирающие и рассеивающие линзы и их условные обозначения:

Из данного рисунка видно, что все параллельно падающие на линзу лучи сходятся в одной точке. Эта точка называется фокусом (F) линзы. Расстояние от фокуса до самой линзы называетсяфокусным расстояниемлинзы. Оно в системе СИ измеряется в метрах. Но существует ещё одна единица, характеризующая линзу. Эта величина называется оптической силой и является величиной, обратной фокусному расстоянию и называется диоптрией. (Дп). Обозначается буквойD. D = 1/F. У собирающей линзы значение оптической силы имеет знак плюс. Если на линзу пустить свет, отражённый от какого-либо протяжённого объекта, то каждый элемент объекта отобразится в плоскости, проходящей через фокус в виде изображения. При этом изображение будет перевёрнутым. Поскольку это изображение будет создано самими лучами, то оно будет называтьсядействительным.

Это явление используют в современных фотоаппаратах. Действительное изображение создаётся на фотоплёнке.

Рассеивающая линза действует противоположно собирающей линзе. Если на неё по нормали падает параллельный пучок света, то после прохождении через линзу, пучок света будет расходиться так, как будто все лучи выходят из некоторой мнимой точки, расположенной по другую сторону линзы. Эта точка называется мнимым фокусом и фокусное расстояние будет со знаком минус. Следовательно, оптическая сила такой линзы будет выражаться также в диоптрия, но её значение будет со знаком минус. При рассматривании окружающих предметов через рассеивающую линзу, все предметы, видимые через линзу, будут казаться уменьшенными в размерах

6. Зрение. Коррекция зрительных дефектов

Глаз – это оптический прибор, созданный природой. Для того, чтобы человек мог ориентироваться в окружающей его жизни, зрение человека даёт 80% всей информации. Зрение – парный орган. Два глаза даны человеку не только для того, чтобы зарезервировать орган зрения при повреждении, но и для того, чтобы воспринимать не только образ окружающего мира, но и глубину пространства (стереоскопическое зрение). Глядя на окружающий мир двумя глазами, человек ясно видит, какой предмет находится ближе к нему, а какой дальше. При этом человек оценивает, можно ли его достать рукой или нет. Кстати, в животном мире этот принцип тоже используется. Например, у хищников оба глаза смотрят вперёд и они тоже чувствуют глубину окружающего пространства, чтобы оценить расстояние до возможной жертвы и рассчитать силу прыжка, чтобы жертву настичь. У травоядных животных глаза расположены по обе стороны головы. При этом они могут одновременно обозревать пространство как спереди, так и сзади и вовремя заметить приближающегося хищника. А воспринимать глубину пространства им нет необходимости.

Что касается чувствительности к свету, то у человека чувствительность находится на среднем уровне, по отношению к зрению животных. Но глаз человека умеет различать цвет, но самое главное отличие зрения человека т зрения животных заключается в том, что зрение человека тесно связано с его сознанием, с его интеллектом.

В данной лекции рассмотрим строение глаза человека, не вникая в лишние анатомические подробности, только с точки зрения физики.

Глазное яблоко представляет собой сферическое непрозрачное тело, спереди которого через роговицу и зрачок световые лучи могут попадать внутрь глаза. В центре радужной оболочки имеется отверстие (зрачок), диаметр которого может изменяться в зависимости от внешней освещённости. При слабом освещении диаметр зрачка расширяется, а при сильном дневном освещении – сужается. Позади радужной оболочки располагается живая собирающая линза – хрусталик. Его степень выпуклости может изменяться с помощью особых мышц в зависимости от того, близкий или далёкий объект рассматривает человек. Хрусталик на внутренней поверхности глазного яблока строит действительное изображение рассматриваемого объекта. А эта поверхность покрыта слоем светочувствительных клеток и называется сетчаткой. Сигналы от всех светочувствительных клеток сетчатки передают сигналы по зрительному нерву в головной мозг.

Рассмотрим оптическую схему здоровогоглаза: если объект вдали – то хрусталик имеет минимальную выпуклость; если предмет вблизи – то хрусталик увеличивает выпуклость и лучи света всё равно сойдутся на сетчатке:

Однако бывают случаи, когда глазное яблоко изменяет свою форму: становится вытянутым вперёд и в связи с этим, лучи от отдалённых предметов уже не могут сфокусироваться на сетчатке, а собираются перед ней. И человек видит предметы расплывчатыми. Такой зрительный дефект называется близорукостью. Для коррекции этого зрительного дефекта используютрассеивающуюочковую линзу:

Рассмотрим теперь другой зрительный дефект, при котором световые лучи фокусируются позади сетчатки. Это бывает по причине деформации глазного яблока путём его некоторого сжатия, либо по причине потери хрусталиком эластичности, что характерно для людей пожилого возраста. Такой зрительный дефект называется дальнозоркостью.При этом у хрусталика как бы не хватает оптической силы для фокусировки изображения на сетчатке. Для коррекции этого зрительного дефекта используютсобирающуюочковую линзу:

Следует отметить, что корректировать зрительные дефекты можно не только с помощью очков, но и с помощью мягких контактных линз, накладываемых непосредственно на переднюю сторону роговицы. Контактная линза представляет собой собирающую либо рассеивающую линзу из мягкого, прозрачного материала. Она свободно пропускает слезу и тем самым не травмирует поверхность глаза.