УРОК 7

Глаз и зрение. Очки. Фотоаппарат

На прошлых уроках мы с вами познакомились с линзами и узнали, что это прозрачные тела, ограниченные криволинейными поверхностями, которые служат для управления световыми пучками. А также мы с вами научились строить изображения предметов в тонких линзах.

Давайте вернёмся к обсуждению уменьшенного действительного изображения, которое даёт собирающая линза, когда предмет находится далеко за двойным фокусом.

Как мы выяснили на прошлом уроке, изображение предмета в этом случае находится между фокусом и двойным фокусом собирающей линзы. Также ясно, что, чем дальше от линзы находится предмет, тем меньше его изображение и тем ближе оно будет находится к фокусу.

Именно вариант получения уменьшенного изображения предмета почти в фокальной плоскости линзы и находит своё практическое использование в фотоаппарате.

Фотография была изобретена в 30-ых г. г. XIX в. и прошла долгий путь своего развития. Современная фотография, ставшая малоформатной, моментальной, цветной и стереоскопической, нашла широчайшее применение во всех областях жизни. Велика её роль в исследовании природы: фотография позволяет регистрировать различные объекты (от микроскопических до космических), невидимые излучения и т. д.

Впервые фотографический метод получения и регистрации изображения с использованием линзы был открыт венгерским оптиком Йозефом Пецвалем в т1840 г.

Внешний вид одного из фотоаппаратов представлен на рисунке.

Он представляет собой непрозрачную камеру, в которую встроена система линз, называемая объективом. Он создаёт вблизи задней стенки камеры действительное перевёрнутое изображение фотографируемого предмета. В том месте, где получается изображение, помещают фотопластинку или фотоплёнку, покрытую слоем светочувствительного вещества, — фотоэмульсией.

Так как фотографируемый предмет может находиться на разных расстояниях от фотоаппарата, то расстояние между объективом и плёнкой также нужно изменять. Это изменение осуществляют обычно перемещением объектива с помощью винтовой резьбы.

Световая энергия, попадающая на светочувствительный слой, дозируется фотографическим затвором, который открывает доступ свету лишь на определённое время — время экспозиции. Освещённость плёнки можно изменять. Для этого объектив имеет диафрагму, которая позволяет изменять размеры входного отверстия объектива.

Конечно, в настоящее время плёночные фотоаппараты увидеть гораздо сложнее, чем раньше, так как на их смену пришли цифровые фотоаппараты.

В них светочувствительным слоем являются матрицы, состоящие из пикселей. Сигнал с пикселей обрабатывается и хранится на флэш-накопителе в цифровом виде.

Иногда живым фотоаппаратом называют глаз человека. Разберёмся почему уместно такое сравнение, т. е. выясним, что такое глаз человека.

Глаз — это орган зрительной системы животных, обладающий способностью воспринимать свет и обеспечивающий функцию зрения.

Глаз человека имеет почти шарообразную форму. Его диаметр около 2,5 см. Снаружи он покрыт защитной оболочкой белого цвета — склерой, которая сформирована из плотных соединительных волокон. Склера защищает глаз и обеспечивает его жёсткость.

В передней части глаза склера переходит в прозрачную роговицу. Роговица — это оптически наиболее плотная среда глаза, она пропускает свет в глаз.

С внутренней стороны к склере прилегает сосудистая оболочка, состоящая из сложного сплетения кровеносных сосудов, питающих глаз. Эта вторая оболочка в передней части глаза переходит в радужную оболочку, окрашенную у разных людей в различный цвет.

В центре радужной оболочки находится зрачок. Зрачок, сужаясь или расширяясь, дозирует количество световой энергии, попадающей в глаз. На свету зрачок сужается, защищая глаз от сильного светового воздействия, в темноте — расширяется, позволяя улавливать очень слабые световые пучки. Этот процесс подобен изменению диафрагмы фотоаппарата.

За радужной оболочкой находится прозрачное эластичное тело — хрусталик, напоминающий по форме двояковыпуклую линзу. Усилиями специальных мышц хрусталик может увеличивать или уменьшать свою кривизну. Это увеличивает или уменьшает оптическую силу глаза.

Полость между роговицей и хрусталиком заполнена прозрачной жидкостью. А за хрусталиком почти вся область глаза заполнена стекловидным телом — это такая студенистая и бесцветная масса.

Роговица, прозрачная жидкость, хрусталик и стекловидное тело — все вместе составляют оптическую систему глаза.

Внутренняя оболочка глаза — это сетчатка. Она содержит слой зрительных клеток — палочек и колбочек. Именно здесь и идёт преобразование световой энергии, попавшей в глаз от предмета, в нервный импульс, который передаётся в головной мозг, где и формируется зрительный образ.

Чтобы чётко видеть предмет, необходимо, чтобы оптическая система глаза (как линза) сфокусировала лучи, идущие от предмета, на сетчатке.

Изображение предмета на сетчатке получается перевёрнутым. Мы же его воспринимаем прямым. Это происходит потому, что предметы воспринимаются не только глазом, но и другими органами чувств. Процесс зрения корректируется мозгом, и мы видим предметы в тех положениях, в каких они находятся в действительности.

А как «работает» оптическая система глаза? Чтобы ответить на этот вопрос, нужно помнить, что отчётливое изображение предмета получается только тогда, когда преломлённые лучи сходятся на сетчатке глаза.

Опыт показывает, что глаз не может одновременно чётко видеть предметы, находящиеся от глаза на разных расстояниях. Если смотреть, например, на дерево, стоящее на некотором расстоянии от глаза, так, чтобы видеть его резко, то все удалённые предметы расплываются. И наоборот, если резко видны удалённые предметы, то становится нечётким изображение дерева. Это можно понять, если вспомнить, что когда изменяется расстояние от предмета до линзы, то изменяется и расстояние от линзы до изображения.

Но расстояние от оптического центра глаза до сетчатки в глазу человека меняться не может. Поэтому механизм «наводки на резкость» у него иной. Хрусталик весьма эластичен; под действием специальных мышц хрусталик меняет свою кривизну, а, следовательно, и фокусное расстояние так, чтобы резкое изображение рассматриваемого предмета всегда оказывалось на сетчатке. Этот процесс происходит совершенно бессознательно и настолько быстро, что при переводе взгляда с предмета на предмет мы не замечаем времени изменения кривизны хрусталика.

Приспособление глаза к изменению расстояния до предмета называют аккомодацией глаза.

Однако увеличение кривизны хрусталика имеет предел. Нормальный глаз взрослого человека может длительно без особого напряжения рассматривать предметы, расположенные от него не ближе 25 см. У детей оно около 10 см. Если предмет располагается ближе, то для его резкого видения нужно чрезмерно увеличивать кривизну хрусталика, глаз утомляется, и появляются болезненные ощущения. Расстояние от глаза до предмета, равное 25 см, называется расстоянием наилучшего зрения.

Обычно люди рождаются с нормальным зрением. Однако со временем зрение у многих из них ухудшается. Известны два основных недостатка зрения: близорукость и дальнозоркость.

Близорукий человек достаточно хорошо видит близко расположенные предметы и неотчётливо — удалённые. Дальнозоркий человек наоборот хорошо видит удалённые предметы и плохо — близко расположенные.

Близорукость обусловлена тем, что сетчатка удалена от хрусталика на расстояние большее, чем при нормальном зрении.

У близоруких людей отчётливое изображение удалённого предмета получается перед сетчаткой. Для того чтобы это изображение получилось на сетчатке, необходимо изменить ход лучей света с помощью линзы. Для устранения близорукости используют очки с рассеивающими линзами.

Пучок параллельных лучей, пройдя сквозь такую линзу, становится расходящимся. А хрусталик соберёт этот расходящийся пучок на сетчатке.

Причина дальнозоркости заключается в том, что ослабевают глазные мышцы и уменьшается способность глаза к аккомодации. В этом случае отчётливое изображение близких предметов получается за сетчаткой.

Чтобы исправить дальнозоркость, нужно сильнее преломить лучи. С этой целью используют очки с собирающими линзами.

а хрусталик падает пучок сходящихся лучей, который он преломляет так, что изображение получается на сетчатке. Таким образом, близорукость и дальнозоркость устраняют с помощью очков.

Помните, чтобы глаз как самое открытое окно в мир прослужил долго, необходимо его беречь, то есть создавать условия для его ненапряженной работы. Поэтому каждый должен знать, что нужно делать для того, чтобы как можно дольше сохранить нормальное зрение. Правила гигиены зрения следующие:

— читайте и пишите только при хорошем освещении;

— сидите так, чтобы свет падал на книгу или тетрадь слева от вас;

— держите книгу или тетрадь от себя на расстоянии наилучшего зрения;

— не читайте лёжа;

— не читайте в транспорте;

— избегайте чтения при ярком свете, особенно при прямом солнечном свете.

Помните об этом, и берегите зрение смолоду.