Специальность: 28.02.01. «Экономика бухгалтерский учет»

Специальность: 28.02.01. «Экономика бухгалтерский учет»

Сообщение

По дисциплине: «Естествознание»

На тему: «Глаз как оптическая система»

Выполнила: студентка гр. Б-11

Решетникова Ю.А.

Проверил: преподаватель

Оценка______

ВВЕДЕНИЕ

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

Глава 1. Строение глаза

1.1. Вспомогательный аппарат

1.2. Глазное яблоко

1.2.1. Фиброзная оболочка

1.2.2. Сосудистая оболочка

1.2.3. Сетчатая оболочка

1.2.4. Зрительный нерв

1.2.5. Содержимое глазного яблока

1.3. Оптическая система глаза

Глава 2. Виды аметропий глаза

2.1. Близорукость

2.2. Дальнозоркость

2.3. Астигматизм

Глава 3. Физическая оптика Природа света

3.1. Оптические излучения

3.2. Оптическая среда

3.3. Дисперсия

3.4. Спектр

3.5. Интерференция света

3.6. Дифракция света

3.7. Поляризация света

Глава 4. Геометрическая оптика

Заключение

Список использованной литературы 29

Основную часть первоначальной информации об окружающем мире люди получают путем зрительных восприятий которые возникают при поступлении в глаз света. Отраженный от предметов свет позволяет нам видеть их и ориентироваться в пространстве. Еще в далекой древности сталкиваясь с такими явлениями природы как радуга «бриллиантовый» блеск росы возникновение тени от предметов миражи и т.д. люди стремились объяснить их познать закономерности световых явлений. Слово «оптика» произошло от греческого optike - наука о зрительных восприятиях.В современном понятии оптика - это раздел физики в котором исследуются процессы излучения света его распространения в различных средах и взаимодействия света с веществом.Оптика состоит из трех разделов: 1) физическая оптика; 2) геометрическая оптика; 3) физиологическая оптика.

Физическая оптика занимается выяснением природы света и закономерностей его испускания распространения рассеяния и поглощения в веществе.

Геометрическая оптика рассматривает законы распространения световых лучей построение изображений в различных оптических системах способы расчета и проектирования оптических приборов. Физиологическая оптика изучает восприятие света человеческим глазом и оптические свойства глаза. На мой выбор именно данной темы повлияла профессия родителей (врач). А именно профессия матери - офтальмолог. От них я часто слышал о возможностях современной медицины в частности о современных диагностических терапевтических и оперативных возможностях современной медицинской науки позволяющих не только сохранить но и вернуть утраченные зрительные функции. Удивительно что пациент который не мог ориентироваться в окружающей обстановке нуждался в постоянной опеке и сопровождении после операции смог самостоятельно покинуть глазную клинику. Целью моей работы явилось: подробное изучение строения глаза его оптической системы а также современные способы коррекции рефракционных нарушений. В своей работе я использовал научно-популярную учебную и специализированную медицинскую литературу. Среди них хочется отметить книгу Даниличева В.Ф. «Современная офтальмология». В написании этой книги приняли участие сотрудники кафедры офтальмологии Военно-медицинской академии (первая кафедра офтальмологии в России вторая в мире). Большинство авторов составителей этой книги я знаю так как моя мать является так же сотрудником кафедры Военно-Медицинской академии. В этой книги подробно освещены вопросы анатомии органа зрения а так же вопросы контактологии и лазерной хирургии. Книга содержит много иллюстраций помогающих лучше разобраться в вопросе. Несомненный интерес представляет собой книга Розенблюма «Оптометрия». В основу глав Геометрическая оптика Физическая оптика входят сведения из этой книги. Автор подробно описывает средства коррекции зрения.

Глава 1. Строение глаза

Человеческий глаз представляет из себя сложную систему главной целью которой является наиболее точное восприятие первоначальная обработка и передача информации содержащейся в электромагнитном излучении видимого света. Все отдельные части глаза а также клетки их составляющие служат максимально полному выполнению этой цели.

Глаз - это сложная оптическая система. Световые лучи попадают от окружающих предметов в глаз через роговицу. Роговица в оптическом смысле - это сильная собирающая линза которая фокусирует расходящиеся в разные стороны световые лучи. Причем оптическая сила роговицы в норме не меняется и дает всегда постоянную степень преломления. Склера является непрозрачной наружной оболочкой глаза соответственно она не принимает участия в проведении света внутрь глаза.Преломившись на передней и задней поверхности роговицы световые лучи проходят беспрепятственно через прозрачную жидкость заполняющую переднюю камеру вплоть до радужки. Зрачок круглое отверстие в радужке позволяет центрально расположенным лучам продолжить свое путешествие внутрь глаза. Более периферийно оказавшиеся лучи задерживаются пигментным слоем радужной оболочки. Таким образом зрачок не только регулирует величину светового потока на сетчатку что важно для приспособления к разным уровням освещенности но и отсеивает боковые случайные вызывающие искажения лучи. Далее свет преломляется хрусталиком. Хрусталик тоже линза как и роговица. Его принципиальное отличие в том что у людей до 40 лет хрусталик способен менять свою оптическую силу - феномен называемый аккомодацией. Таким образом хрусталик производит более точную дофокусировку. За хрусталиком расположено стекловидное тело которое распространяется вплоть до сетчатки и заполняет собой большой объем глазного яблока.Лучи света сфокусированные оптической системой глаза попадают в конечном итоге на сетчатку. Сетчатка служит своего рода шарообразным экраном на который проецируется окружающий мир. Из школьного курса физики мы знаем что собирательная линза дает перевернутое изображение предмета. Роговица и хрусталик - это две собирательные линзы и изображение проецируемое на сетчатку также перевернутое. Другими словами небо проецируется на нижнюю половину сетчатки море - на верхнюю а корабль на который мы смотрим отображается на макуле. Макула центральная часть сетчатки отвечает за высокую остроту зрения. Другие части сетчатки не позволят нам ни читать ни наслаждаться работой на компьютере. Только в макуле созданы все условия для восприятия мелких деталей предметов. В сетчатке оптическая информация воспринимается светочувствительными нервными клетками кодируется в последовательность электрических импульсов и передается по зрительному нерву в головной мозг для окончательной обработки и сознательного восприятия.

Глава 1.2. Глазное яблоко

Фиброзная оболочка

В фиброзной оболочке глаза выделяют два отдела: роговицу и склеру. Роговица - занимает 1/5 часть фиброзной оболочки склера соответственно занимает остальную часть. Место перехода роговицы в склеру называется лимбом и имеет вид полукольца шириной до 1 мм.

Роговица - прозрачное выпуклое окно в передней части глаза - это и есть роговица. Роговица является сильной преломляющей поверхностью обеспечивая две трети оптической силы глаза. Напоминая по форме дверной глазок она позволяет хорошо видеть окружающий нас мир. Поскольку в роговице нет кровеносных сосудов она идеально прозрачная. Отсутствие сосудов в роговице определяет особенности ее кровоснабжения. Большую роль в обеспечении роговицы питательными веществами играет сосудистая сеть лимба.Роговица в норме имеет блестящую и зеркальную поверхность. Что во многом объясняется работой слезной пленки постоянно смачивающей роговичную поверхность. Постоянное смачивание поверхности достигается моргательными движениями век которые осуществляются бессознательно. Существует так называемый моргательный рефлекс который включается при появлении микроскопических зон сухой поверхности роговицы при продолжительном отсутствии моргательных движений.

Лимб - разделительная полоса между роговицей и склерой шириной в 1 0-1 5 мм. В лимбе располагается много сосудов которые принимают участие в питании роговицы.

Склера - это прочный наружный остов глазного яблока. Ее передняя часть видна через прозрачную конъюнктиву как "белок глаза". К склере прикрепляются шесть мышц которые управляют направлением взора и синхронно поворачивают оба глаза в любую сторону.

Прочность склеры зависит от возраста. Наиболее тонка склера у детей. Визуально это проявляется голубоватым оттенком склеры детских глаз что объясняется просвечиванием темного пигмента глазного дна через тонкую склеру. С возрастом склера становится толще и прочнее. Истончение склеры наиболее часто встречается при близорукости.

Сосудистая оболочка

Можно выделить 3 основных отдела: радужная оболочка цилиарное тело и собственно сосудистая оболочка.

Радужка представляет собой переднюю часть сосудистой оболочки глаза. Имеет форму диска с отверстием в центре (зрачок) Основная функция - регулировка поступления света в глаз.

Цилиарное тело начинается в 2 мм от лимба имеет ширину 5-6 мм и заканчивается у зубчатой линии. Функции: вырабатывает внутриглазную жидкость (цилиарные отростки и эпителий) и участвует в аккомодации (мышечная часть со связкой и хрусталиком).

Собственно сосудистая оболочка начинается у зубчатой линии и выстилает весь задний отдел склеры. Образуется цилиарными артериями и служат для питания нейроэпителия сетчатки.

Содержимое глазного яблока

Полость глаза содержит светопроводящие и светопреломляющие среды: хрусталик стекловидное тело и водянистую влагу заполняющую его камеры - переднюю заднюю и стекловидную.

Зрачок - это отверстие в центре радужки которое позволяет лучам света проникать внутрь глаза для их восприятия сетчаткой. Меняя размер зрачка путем сокращения специальных мышечных волокон в радужке глаз контролирует степень освещенности сетчатки. Это является важным приспособительным механизмом потому что разброс освещенности в физических величинах между облачной осенней ночью в лесу и ярким солнечным полуднем в заснеженном поле измеряется миллионами раз.

Хрусталик находится непосредственно за радужкой и в силу своей прозрачности невооруженным глазом уже не виден. Основная функция хрусталика - это динамичная фокусировка изображения на сетчатку. Хрусталик представляет из себя вторую (после роговицы) по оптической силе линзу глаза меняющую свою преломляющую способность в зависимости от степени удаленности рассматриваемого предмета от глаза. При близком расстоянии до предмета хрусталик усиливает свою силу при дальнем - ослабляет.

Стекловидное тело - гелеподобное студнеобразное прозрачное вещество которое заполняет обширное по глазным меркам пространство между хрусталиком и сетчаткой. Оно занимает около 2/3 объема глазного яблока и дает ему форму тургор (эластичность) и несжимаемость. На 99 процентов стекловидное тело состоит из воды особо связанной со специальными молекулами представляющими собой длинные цепочки повторяющихся звеньев - молекул сахара. Стекловидное тело несет массу полезных функций важнейшей из которых является поддержание сетчатки в своем нормальном положении.

Глава 2.3. Астигматизм

Астигматизм получил свое название от латинского слова стигма или точка. Различают роговичный и хрусталиковый астигматизм но влияние роговицы на преломление глаза сказывается сильнее т.к. она обладает большей преломляющей способностью. Разница в силе преломления самого сильного и самого слабого меридианов характеризует величину астигматизма в диоптриях. Направление меридианов будет характеризовать ось астигматизма выражаемую в градусах. Как правило астигматизм - состояние врожденное или полученное после травм или операций на роговице но при некоторых заболеваниях например при кератоконусе то есть носит приобретенный характер.

Корригируется астигматизм при помощи специальных цилиндрических линз (плюсовые линзы представляют собой продольный срез цилиндра минусовые - слепок наружной поверхности цилиндра). Эти линзы позволяют изменить преломление только в одном меридиане исправляя недостатки оптической системы глаза. Коррекция астигматизма возможна жесткими контактными и мягкими торическими линзами.

Пресбиопия

Пресбиопия (или возрастная дальнозоркость) - это физиологический возрастной процесс связанный с уплотнением хрусталика и потерей им эластичности а также ослаблением аккомодации.

Глава 3.2. Оптическая среда

Оптической средой называется такая среда которая прозрачна для оптического излучения или хотя бы для какого-либо участка его диапазона. Характер распространения излучения зависит от свойств среды в которой оно распространяется. К основным оптическим свойствам среды относятся изотропность однородность прозрачность скорость распространения оптического излучения (скорость света).

В изотропных средах оптические свойства во всех направлениях одинаковы. Среды у которых проявляется различие оптических свойств в зависимости от направления распространения в ней оптического излучения называются анизотропными.

В однородных средах во всем объеме обеспечивается постоянство оптических свойств и свет распространяется прямолинейно. В неоднородных средах прямолинейность искажается на участках с отличающимися оптическими свойствами.

Прозрачность среды влияет на величину потери световой энергии при прохождении излучения через данную среду. Чем ниже прозрачность среды тем больше потери световой энергии. Оптическое стекло является основным материалом для изготовления оптических деталей поэтому к нему предъявляются повышенные требования с точки зрения его однородности изотропности и прозрачности.

Скорость распространения оптического излучения в различных средах не одинакова. Наибольшего значения она достигает в вакууме и составляет 300 000 км/с.

При переходе из одной оптической среды в другую скорость света изменяется. Она либо уменьшается либо увеличивается. По этой причине на границе оптических сред световые лучи изменяют направление отклоняясь от первоначального т.е. преломляются.

Отношение скорости оптического излучения в вакууме с к скорости его в данной оптической среде v называется абсолютным показателем преломления или просто показателем преломления п

n = c / v

Показатель преломления для оптического стекла является одной из основных характеристик так как от его значений зависит преломляющее действие оптических деталей. Значения п для каждой марки стекла должны быть строго определенными поскольку они учитываются при конструировании и расчетах оптических систем. Показатель преломления оптического стекла измеряется на приборе называемом рефрактометром.

Ниже приведены показатели преломления отдельных сред:

Таблица 2. Показатели преломления отдельных сред

Стекло оптическое 1.45 – 2.00

Кварц кристаллический 1.55

Бальзам (клей оптический) 1.54

Алмаз 2.42

Лед 1.31

Вода 1.33

Воздух 1.0003

На практике показатель преломления воздуха при p=700 мм рт. ст. и t° = 20°С принимается равным единице. Показатели преломления сред определяются относительно воздуха и называются относительными.

Глава 3.1. Дисперсия света

Скорость распространения света в одной и той же среде зависит от длины волны излучения следовательно и величина показателя преломления n зависит от длины волны. Показатель преломления среды является функцией длины волны: n=f(l). Зависимость показателя преломления оптической среды от длины волны светового излучения называется дисперсией света.

Если показатель преломления среды с увеличением длины волны уменьшается то такая дисперсия называется нормальной. Прозрачные вещества в том числе и оптическое стекло имеют нормальную дисперсию.

В видимой области оптического диапазона излучения для. фиолетового света среда имеет самый большой показатель преломления а при красном свете - наименьший.

В области полос поглощения вещества и вблизи них происходит нарушение нормальной дисперсии: показатель преломления уменьшается с уменьшением длины волны. В таком случае дисперсия называется аномальной.

Дисперсия света является причиной разложения естественного белого света на монохроматические составляющие - спектр - при прохождении его через преломляющую дисперсионную призму (рис. 3).Естественный свет состоящий из монохроматических излучений с длинами волн пройдя призму оказывается разложенным на его составляющие которые наблюдаются на экране в виде цветных полос.

 

Спектр белого света в порядке убывания длин волн состоит из семи цветов плавно переходящих друг в друга: красного оранжевого желтого зеленого голубого синего и фиолетового.

Глава 3.4. Спектр

Спектром называется совокупность монохроматических излучений входящих в состав сложного излучения. Шкала электромагнитных волн представляет собой их спектр где излучения распределены последовательно в зависимости от длины волны. (7 с.406.)

Таблица 3. Основные спектральные линии

шкалы электромагнитных волн

Обозначение линии Фраунгофера Цвет

Длина волны,

нм

Химический элемент

А’ темно-красный 766,5 К – калий

С красный 656,6 Н – водород

C’ красный 643,8 Cd – кадмий

D желтый 589,3 Na – натрий

d желтый 587,6 He – гелий

e зеленый 546,1 Hg – ртуть

F голубой 486,1 Н – водород

F’ голубой 480,0 Cd – кадмий

h фиолетовый 404,7 Hg – ртуть

H темно-фиолетовый 396,8 Са - кальций

 

Спектр Солнца относится к спектрам поглощения так как происходит поглощение части излучения средами солнечной фотосферы и атмосферы земли. Линии поглощения в спектре солнца называются фраунгоферовыми линиями в честь ученого Фраунгофера занимавшегося их исследованием. Фраунгоферовы линии в спектре Солнца находятся в строго определенных местах и обозначаются прописными и строчными буквами латинского алфавита. В табл. 3 приведены основные спектральные линии.

Глава 3.6. Дифракция света

 

 

При прохождении света через отверстия и препятствия незначительных размеров узкие щели а также мимо краев каких-либо тел происходит нарушение прямолинейности его распространения.

Явление отклонения света от прямолинейности его распространения проявляющееся в огибании краев препятствий называется дифракцией света. При этом происходит искажение фронта световой волны. Световые лучи изменившие прямолинейное направление называются дифрагированными.

Первоначальным теоретическим обоснованием дифракции света явился принцип Гюйгенса. Согласно этому принципу каждая точка пространства которой достигла в данный момент распространяющаяся волна становится источником элементарных сферических волн. Огибающая элементарных волн образует волновую поверхность в следующий момент времени. Это приводит к неизбежности отклонения световой волны от прямолинейного распространения при встрече с препятствием.

Гюйгенс рассматривал дифракцию только с позиций геометрической оптики. Френель дополнил принцип Гюйгенса понятиями когерентности элементарных воли и их интерференции. Принцип Гюйгенса с дополнениями Френеля получил название принципа Гюйгенса - Френеля. На этом принципе базируется элементарная теория дифракции света.

Принцип Гюйгенса - Френеля раскрывает законы распространения волнового фронта и распределение интенсивности в дифракционной картине. Максимумы интенсивности (свет) наблюдаются в тех местах где взаимодействующие элементарные волны усиливают друг друга минимумы интенсивности (темнота или ослабление света) - там где взаимодействующие элементарные волны гасят друг друга.

В результате интерференции диафрагмированных лучей возникает характерная дифракционная картина: дифракционное изображение точки при наблюдении в белом свете окружено цветными полосами или кольцами. В зависимости от формы волнового фронта различают дифракцию наблюдаемую в сходящихся пучках световых лучей со сферическим волновым фронтом - дифракцию Френеля и дифракцию наблюдаемую в параллельных пучках световых лучей с плоским волновым фронтом - дифракцию Фраунгофера.

При прохождении монохроматического света от точечного источника через небольшое круглое отверстие в результате интерференции дифрагированных лучей на экране расположенном за отверстием наблюдается дифракционная картина в виде чередующихся темных и светлых концентрических колец. В центре дифракционной картины в зависимости от размеров экрана может быть темное или светлое пятно. Если отверстие в экране будет иметь вид щели то в плоскости наблюдения получатся чередующиеся светлые и темные полосы. Яркость полос убывает от середины к краям. При освещении экрана белым светом дифракционная картина имеет радужную окраску.

Дифракция ограничивает разрешающую способность оптических систем. В реальных оптических системах вследствие дифракции света изображение точки в монохроматическом свете представляет собой кружок с центральным светлым ядром окруженным светлыми кольцами а в белом свете — кружок со светлым ядром окруженным радужно окрашенными кольцами. Поскольку предмет есть совокупность точек его изображение также будет состоять из соответствующих дифракционных изображений точек. Если две точки находятся на близком расстоянии одна от другой их дифракционные изображения могут взаимно перекрываться и сливаться. Способность оптической системы давать раздельно изображения двух близко расположенных друг к другу точек предмета называется разрешающей способностью. Наименьшее линейное или угловое расстояние между двумя точками при котором они наблюдаются раздельно называется линейным пределом разрешения rN или угловым пределом разрешения.На использовании явления дифракции основано действие спектральных приборов дифракционной решетки и т.д.Дифракционная решетка - оптическая деталь являющаяся основным диспергирующим элементом спектральных приборов. Дифракционные решетки делятся на прозрачные и отражательные. Прозрачные дифракционные решетки работают в проходящем свете отражательные - в отраженном.

Список использованной литературы

1. Аветистов Э.С. Близорукость / Э.С. Аветистов. - изд.2 перераб. - М.: Медицина 1999. – 288 с.

2. Вендер Дж.Ф. Секреты офтальмологии / Дж.Ф. Вендер Дж.А. Голт; пер. с англ. – М.: МЕДпресс-информ 2005. – 464 с.

3. Волков В.В. Функциональные методы исследования в офтальмологии / В.В. Волков А.М. Шамшинова. - М.: Медицина 1999. – 416 с.

4. Даниличев В.Ф. Современная офтальмология / В.Ф. Даниличев – СПб.: Питер 2000. – 672 с.

6. Киваев А.А. Контактная коррекция зрения / А.А. Киваев Е.И. Шапиро – М.: ЛДМ сервис 2000. – 224 с.

 

Специальность: 28.02.01. «Экономика бухгалтерский учет»

Сообщение

По дисциплине: «Естествознание»