Глаз человека
Строение глаза
Основные элементы глаза показаны на рис.

 

Оптическая система глаза

Лучи, идущие от предмета (в данном случае предметом является фигура человека), попадают на роговицу переднюю прозрачную часть защитной оболочки глаза. Преломляясь в роговице и проходя сквозь зрачок (отверстие в радужной оболочке глаза), лучи испытывают вторичное преломление в хрусталике. Хрусталик является собирающей линзой с переменным фокусным расстоянием; он может менять свою кривизну (и тем самым фокусное расстояние) под действием специальной глазной мышцы.

Изображение заимствовано с сайта Детская энциклопедия What This¿

Преломляющая система роговицы и хрусталика формирует на сетчатке изображение предмета. Сетчатка состоит из светочувствительных палочек и колбочек нервных окончаний зрительного нерва. Падающий свет вызывает раздражение этих нервных окончаний, и зрительный нерв передаёт соответствующие сигналы в мозг. Так в нашем сознании формируются образы предметов мы видим окружающий мир.
Изображение разглядываемого предмета на сетчатке действительное, перевёрнутое и уменьшенное. Так получается потому, что предметы, рассматриваемые глазом без напряжения, расположены за двойным фокусом системы роговица-хрусталик (это случай a > 2f для собирающей линзы?).
То, что изображение является действительным, понятно: на сетчатке должны пересекаться сами лучи (а не их продолжения), концентрируя световую энергию и вызывая раздражения палочек и колбочек.
Диаметр глаза равен примерно 25 мм, в поле зрения попадают предметы большего размера чем глаз. Глаз отображает предметы на сетчатке в уменьшенном виде.
Кора головного мозга, обрабатывая изображение на сетчатке, переворачивает картинку мира в нужное положение.
Хрусталик это собирающая линза с переменным фокусным расстоянием.

Аккомодация

Глаз под управлением мозга может менять свою оптическую силу для поддержания в фокусе нужных предметов на оторых "обратил внимание" человек.  Для этого глазная мышца деформирует хрусталик, делая его более выпуклым и уменьшая тем самым фокусное расстояние до нужной величины. При удалении предмета, наоборот, кривизна хрусталика уменьшается, а фокусное расстояние возрастает.

Самонастройка глаза называется аккомодацией.

И еще -  аккомодация это способность глаза отчётливо видеть предметы на различных расстояниях. В процессе аккомодации кривизна хрусталика меняется так, что изображение предмета всегда оказывается на сетчатке.
Аккомодация глаза совершается бессознательно и очень быстро. Эластичный хрусталик может легко менять свою кривизну в определённых пределах. Этим естественным пределам деформации хрусталика отвечает область аккомодации диапазон расстояний, на которых глаз способен чётко видеть предметы. Область аккомодации характеризуется своими границами дальней и ближней точками аккомодации.
Дальняя точка аккомодации -  это точка нахождения предмета, изображение которого на сетчатке получается при расслабленной глазной мышце, т. е. когда хрусталик не деформирован.
Ближняя точка аккомодации - это точка нахождения предмета, изображение которого на сетчатке получается при наибольшем напряжении глазной мышцы, т. е. при максимально возможной деформации хрусталика.

 

Дальняя точка аккомодации нормального глаза находится на бесконечности: в ненапряжённом состоянии глаз фокусирует параллельные лучи на сетчатке (рис. слева). Иными словами, фокусное расстояние оптической системы нормального глаза при недеформированном хрусталике равно расстоянию от хрусталика до сетчатки.
Ближняя точка аккомодации нормального глаза расположена на некотором расстоянии dmin от него (рис. , справа; хрусталик максимально деформирован). Это расстояние с возрастом увеличивается. Так, у десятилетнего ребёнка dmin ≈ 7 см; в возрасте 30 лет dmin ≈ 15 см; к 45 годам ближняя точка аккомодации находится уже на расстоянии 20–25 см от глаза.

Угол зрения

Когда мы хотим получше рассмотреть предмет, мы приближаем его к глазам. Чем ближе предмет, тем больше его деталей оказываются различимыми. Почему так получается? Посмотрим на рис.  Пусть стрелка AB рассматриваемый предмет, O оптический центр глаза. Проведём лучи AO и BO (которые не преломляются) и получим на сетчатке изображение нашего предмета красную изогнутую стрелочку

 

Угол α = AOB называется углом зрения. Если предмет расположен далеко от глаза, то угол зрения мал, и размер изображения на сетчатке также оказывается малым. Но если предмет расположить ближе, то угол зрения увеличивается (рис. правый). Соответственно увеличивается и размер изображения на сетчатке. Сравните рис. левый и рис. правый -  во втором случае изогнутая стрелочка оказывается явно длиннее!

Размер изображения на сетчатке - вот что важно для подробного разглядывания предмета.
Сетчатка состоит из нервных окончаний зрительного нерва. Поэтому чем крупнее изображение на сетчатке, тем больше нервных окончаний раздражается идущими от предмета световыми лучами, тем больший поток информации о предмете направляется по зрительному нерву в мозг и, следовательно, тем больше подробностей мы различаем, тем лучше мы видим предмет!
Размер изображения на сетчатке, (рис. 56 и 57), напрямую зависит от угла зрения: чем больше угол зрения, тем крупнее изображение. Поэтому вывод: увеличивая угол зрения, мы различаем больше подробностей рассматриваемого объекта.
Поэтому мы плохо видим как мелкие объекты, пусть и находящиеся рядом, так и крупные объекты, но расположенные далеко. В обоих случаях угол зрения мал, и на сетчатке раздражается небольшое число нервных окончаний.

Если угол зрения меньше одной угловой минуты (1/60 градуса), то раздражается лишь одно нервное окончание. В этом случае мы воспринимаем объект просто как точку, лишённую деталей.

Расстояние наилучшего зрения

Итак, приближая предмет, мы увеличиваем угол зрения и различаем больше деталей. Казалось бы, оптимального качества видения мы достигнем, если расположим предмет максимально близко к глазу в ближней точке аккомодации (в среднем это 10–15 см от глаза). Однако мы так не поступаем. Например, читая книгу, мы держим её на расстоянии примерно 25 см. Почему же мы останавливаемся на этом расстоянии, хотя ещё имеется ресурс дальнейшего увеличения угла зрения?
Дело в том, что при достаточно близком расположении предмета хрусталик чрезмерно деформируется. Конечно, глаз ещё способен чётко видеть предмет, но при этом быстро утомляется, и мы испытываем неприятное напряжение.
Величина d0 = 25 см называется расстоянием наилучшего зрения для нормального глаза.
При таком расстоянии достигается компромисс: угол зрения уже достаточно велик, и в то же время глаз не утомляется ввиду не слишком большой деформации хрусталика. Поэтому с расстояния наилучшего зрения мы можем полноценно созерцать предмет в течении весьма долгого времени.

Близорукость
см. раздел учебника 8 кл (Перышкин)

 


Источник: https://mathus.ru/phys/geometricaloptics.pdf


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Free Web Hosting