Органом зору людини є око — один із найдосконаліших і водночас найпростіших оптичних пристроїв. Як влаштоване око? Чому деякі люди погано бачать і як скоригувати їхній зір? Як з особливостями людського зору пов'язане виробництво мультиплікаційних фільмів? Про все це ви дізнаєтесь із цього параграфа.
Згадуємо будову ока
Око людини — це природна оптична система. Око складається з кількох оптичних елементів, які разом призначені для створення зображення.
Око (див. рис. 16.1) має форму кулі діаметром приблизно 2,5 см і ззовні вкрите щільною непрозорою оболонкою — склерою. Передня частина склери переходить у прозору рогову оболонку — рогівку, що діє як збиральна лінза й забезпечує 75 % здатності ока заломлювати світло
Ізсередини склера вкрита судинною оболонкою, яка в передній частині ока переходить у райдужну оболонку — райдужку. У центрі райдужки є круглий отвір — зіниця. Зіниця звужується в разі збільшення освітленості й розширюється в разі її ослаблення.
Здатність ока пристосовуватися до різної освітленості називають адаптацією.
За зіницею розташований кришталик — збиральна лінза, яка завдяки скріпленим із нею м’язам може змінювати свою кривизну, а отже, оптичну силу.
В утворенні зображення бере участь і склисте тіло — прозора драглиста маса, що заповнює простір між кришталиком і сітківкою.
Світло, яке потрапляє в око, заломлюється в рогівці, кришталику та склистому тілі. У результаті на сітківці — світлочутливій поверхні очного дна — утворюється дійсне, зменшене, обернене зображення предмета (рис. 16.2).
Здатність кришталика змінювати свою кривизну в разі зміни відстані до розглядуваного предмета називають акомодацією.
Якщо людина дивиться на віддалені предмети, в її око потрапляють майже паралельні промені. У цьому випадку око найбільш розслаблене. (Згадайте: замислившись, людина дивиться ніби вдалину!) Чим ближче розташований предмет, тим сильніше напружується око (м’язи ока збільшують кривизну кришталика).
Найменшу відстань, на якій око бачить предмет практично не втомлюючись, називають відстанню найкращого зору.
Для людини з нормальним зором відстань найкращого зору дорівнює приблизно 25 см. Саме на цій відстані така людина тримає книжку.
Знайомимося з інерцією зору
Якщо швидко переміщувати в темряві бенгальський вогонь, то спостерігач побачить світні фігури, утворені «вогняним контуром». Під час швидкого обертання каруселі її різнокольорові лампи, зливаючись, виглядають для спостерігача як кільця. Очі людини весь час кліпають, при цьому ми не помічаємо, що в певний інтервал часу предмет, на який ми дивимося, стає невидимим.
Усі описані явища пояснюються інерцією зору. Річ у тім, що після того як зображення предмета зникає із сітківки ока (предмет прибирають, припиняють освітлювати, затуляють непрозорим екраном тощо), зоровий образ, викликаний цим предметом, зберігається протягом 0,1 с.
Інерцію зору використовують в анімаційному кіно. Картинки на екрані дуже швидко (24 рази на секунду) змінюють одна одну; під час їх зміни екран не освітлюється, але глядач цього не помічає, а просто бачить низку картинок, що чергуються. Так на екрані створюється ілюзія руху.
Скільки ж картинок потрібно намалювати художнику, щоб одержати мультиплікаційний фільм тривалістю лише 10 хв?
На інерції зору також базується застосування стробоскопа. (Стробоскоп являє собою джерело світла, що випромінює світлові спалахи через малі рівні інтервали часу.) Під час фотографування об’єктів, що освітлені стробоскопом, отримують стробоскопічні фотографії (рис. 16.3).
Дізнаємося про вади зору та їх корекцію
Нормальний зір
|
Вади
|
зору
|
короткозорість
|
далекозорість
| |
Фокус F оптичної системи ока у спокійному стані розташований на сітківці.
|
Фокус F оптичної системи ока у спокійному стані розташований перед сітківкою.
|
Фокус ¥ оптичної системи ока у ненапру-женому стані розташований за сітківкою.
|
 |  |  |
На сітківці утворюється чітке зображення віддалених предметів.
|
На сітківці утворюється розмите зображення віддалених предметів.
|
На сітківці утворюється розмите зображення віддалених предметів.
|
Відстань найкращого зору — приблизно 25 см. Саме на цій відстані людина з нормальним зором тримає книжку.
|
Відстань найкращого зору менша від 25 см. Короткозора людина читає книжку, наближуючи її до очей.
|
Відстань найкращого зору більша за 25 см. Далекозора людина читає книжку, віддаляючи її від очей.
|
Фокусна відстань нормального ока становить приблизно 1,71 см.
|
Короткозорість коригується окулярами із роз-сіювальними лінзами.
|
Далекозорість коригується окулярами зі збиральними лінзами.
|
7 Визначте оптичну силу оптичної системи «нормальне око».
|  |  |
Підбиваємо підсумки
Із точки зору фізики око являє собою оптичну систему, основними елементами якої є рогівка, кришталик і склисте тіло. У цій оптичній системі заломлюється світло, і в результаті на сітківці — світлочутливій поверхні очного дна — утворюється зменшене, дійсне, обернене зображення предмета.
Після того як зображення предмета зникає із сітківки ока, зоровий образ, викликаний цим предметом, зберігається у свідомості людини протягом 0,1 с. Цю властивість називають інерцією зору.
Контрольні запитання
1. Опишіть будову людського ока та призначення його окремих оптичних елементів. 2. Як змінюється діаметр зіниці в разі зменшення освітленості?
3. Чому людина з нормальним зором може однаково чітко бачити як далеко, так і близько розташовані предмети? 4. Який дефект зору називають короткозорістю? Як його можна скоригувати? 5. Який дефект зору називають далекозорістю? Як його можна скоригувати? 6. Яку властивість зору називають інерцією зору? Наведіть приклади застосування цієї властивості.
Вправа № 16
1. Оптична сила лінз бабусиних окулярів -2,5 дптр. Якою є фокусна відстань цих лінз? Який дефект зору має бабуся?
2. На якій мінімальній відстані від ока людина з нормальним зором має розташувати дзеркальце, щоб, не втомлюючись, побачити чітке зображення ока?
3. Чому, щоб краще бачити, короткозора людина мружить очі?
4. Чому навіть у чистій воді людина без маски погано бачить?
5. Хлопчик читає книжку, тримаючи її на відстані 20 см від очей. Визначте оптичну силу лінз, які необхідні хлопчикові, щоб читати книжку на відстані найкращого зору для нормального ока.
6. Проведіть аналогію між фотоапаратом і оком людини. Яку функцію ока виконує та чи інша частина фотоапарата? У разі потреби зверніться до додаткових джерел інформації.
7. Скористайтеся додатковими джерелами інформації та дізнайтеся про методи профілактики захворювань зору. Як можна виправити зір?
ї Експериментальне завдання
Запропонуйте декілька способів, за допомогою яких можна визначити, який дефект зору (короткозорість чи далекозорість) коригують ті або інші окуляри. Знайдіть кілька різних окулярів (попросіть у рідних, сусідів, друзів) і перевірте, чи «працюють» запропоновані вами способи.
Фізика і техніка в Україні
Олександр Теодорович Смакула (1900-1983) — видатний український фізик і винахідник. Використавши поняття квантових осциляторів, О. Т. Смакула зміг пояснити радіаційне забарвлення кристалів і вивести кількісне математичне співвідношення, відоме в науці як «формула Смакули». Праці вченого створили передумови для синтезу вітамінів А, В2 та ін., а процес трансформації кристалічного вуглецю називають тепер «інверсією Смакули».
У 1935 р. О. Т. Смакула зробив і запатентував відкриття, завдяки якому його ім'я назавжди залишиться в історії науки, — спосіб поліпшення оптичних приладів («просвітлення оптики»). Суть відкриття в тому, що поверхню скляної лінзи вкривають спеціальним шаром плівки з певного матеріалу завтовшки 1/4 довжини падаючої хвилі, що значно зменшує відбивання світла від поверхні лінзи й водночас збільшує контрастність зображення. Це відкриття стало великим здобутком, адже оптичні лінзи є основним елементом різних приладів (фотоапаратів, біноклів, оптичних пристроїв до зброї тощо).
2000 рік був оголошений ЮНЕСКО роком О. Т. Смакули.
підбиваємо підсумки розділу II
«світлові явища»
1. Вивчивши розділ II, ви довідалися, що ми бачимо навколишній світ завдяки тому, що тіла навколо нас відбивають світло або самі є джерелами світла.
2. Ви дізналися про закони поширення світла — закони геометричної оптики.
3. Ви ознайомилися з дослідами І. Ньютона і виявили, що біле світло складається зі світла різних кольорів. Світло різних кольорів у вакуумі поширюється з однаковою швидкістю (с = 3 108 м/с , а в середовищі — з різною.
4. Ви навчилися будувати зображення в плоскому дзеркалі та лінзах.
5. Ви ознайомилися з оптичними пристроями, в яких застосовують лінзи.
завдання для самоперевірки до розділу II
«світлові явища»
Завдання 1-8 містять тільки одну правильну відповідь.
1. (1 бал) Яке оптичне явище ілюструє фотографія (рис. 1)?
а) відбивання світла;
б) поглинання світла;
в) дисперсію світла;
г) заломлення світла.
2. (1 бал) Який закон підтверджується існуванням сонячних і місячних затемнень?
а) закон відбивання світла;
б) закон прямолінійного поширення світла;
в) закон збереження енергії;
г) закон заломлення світла.
3. (1 бал) Яким є зображення предмета у плоскому дзеркалі?
а) збільшеним дійсним; в) зменшеним уявним;
б) рівним дійсним; г) рівним уявним.
4. (1 бал) Промінь світла падає з повітря на поверхню скляної пластини (рис. 2). На якому з наведених рисунків правильно зазначено всі три кути: кут падіння а , кут відбивання Р і кут заломлення 7 ?
а) 1;
б) 2;
в) 3;
г) 4.
5. (2 бали) Яка точка (рис. 3) є зображенням світної точки в у плоскому дзеркалі?
а) 1; б) 2; в) 3;
г) зображення в дзеркалі немає.
6. (2 бали) Чому дорівнює оптична сила лінзи, хід променів у якій показано на рис. 4?
а) -0,04 дптр; в) +25 дптр;
б) +4 дптр; г) +50 дптр.
7. (2 бали) Яку ваду зору має людина, якщо вона носить окуляри, нижня частина яких — опуклі стекла, а верхня частина — плоскі?
а) далекозорість;
б) короткозорість;
в) людина не має вад зору;
г) визначити неможливо.
8. (2 бали) Під час фотографування на об’єктив фотоапарата сіла муха. Чи вплине це на знімок, і якщо вплине, то як?
а) жодним чином не вплине;
б) на знімку з’явиться зображення мухи;
в) знімок буде менш яскравим;
г) знімок буде більш яскравим.
9. (3 бали) Людина наближається до дзеркала зі швидкістю 2 м/с. Із якою швидкістю до людини наближається її зображення в дзеркалі?
10. (3 бали) Кут падіння променя на дзеркальну поверхню дорівнює 70°. Чому дорівнює кут між відбитим променем і дзеркальною поверхнею?
11. (3 бали) Світло падає з повітря на поверхню прозорої речовини під кутом 45°. Визначте абсолютний показник заломлення цієї речовини, якщо заломлене світло поширюється під кутом 60° до межі поділу середовищ.
12. (3 бали) Предмет розташований на відстані 1 м від збиральної лінзи з фокусною відстанню 0,5 м. На якій відстані від лінзи розташоване зображення предмета?
13. (3 бали) Установіть відповідність між середовищем і швидкістю поширення світла в цьому середовищі.
1 Алмаз А 1,24 · 108 м/с
2 Бензин Б 1,76 · 108 м/с
3 Лід В 2,00 · 108 м/с
Г 2,29 · 108 м/с
14. (4 бали) На рис. 5 подано головну оптичну вісь КМ лінзи, предмет АВ і його зображення А-уВ-у.
Визначте тип лінзи, її фокусну відстань і оптичну силу.
15. (4 бали) Чому кривизна кришталика ока риби (рис. 6) більша, ніж у людини?
16. (4 бали) Розглядаючи марку за допомогою лупи, хлопчик бачить її на відстані найкращого зору збільшеною в 4 рази. На якій відстані від ока хлопчик тримає лупу, якщо він має нормальний зір, а оптична сила лупи становить +15 дптр?
Звірте ваші відповіді з наведеними в кінці підручника. Позначте завдання, які ви виконали правильно, і визначте суму балів. Потім цю суму поділіть на три. Одержаний результат відповідатиме рівню ваших навчальних досягнень.
Тренувальні тестові завдання з комп’ютерною перевіркою ви знайдете на електронному освітньому ресурсі «Інтерактивне навчання».
Нові приймачі та джерела світла
За останні кілька років завдяки прогресу в електроніці унікальні наукові винаходи стали загальнодоступними. Прогрес в електроніці докорінно змінив як джерела, так і приймачі світла.
Розпитайте ваших дідусів і бабусь про те, як виготовляли фотокартки двадцять і більше років тому. Виявиться, що це була досить складна процедура. Для вас же стало звичним, побачивши цікавий сюжет, навести на нього камеру мобільного телефону, натиснути відповідну кнопку й миттєво переслати готове зображення друзям.
Наведемо ще один приклад. Про вузький спрямований пучок світла, що має унікальні властивості, раніше йшлося тільки у фантастичних творах. У наш час лазерний промінь застосовується настільки широко, що навіть найсміливіші фантасти минулого століття не могли б собі цього уявити. То що ж, виходить, розділ фізики під назвою «Оптика» безнадійно застарів і ви марно вивчали розділ II підручника?
Давайте не робити висновків поспіхом і розглянемо деякі із сучасних оптичних пристроїв докладніше.
Лазер
Усі ви, звичайно, бачили лазерні шоу в цирку або на естрадних концертах. Тонкі світлові пучки пронизують простір зали, швидко пролітають над головами глядачів. Захопливе видовище!
На рисунку показано один із видів лазерів — газовий. Яскравий світний «шнур» у скляній трубці — це не лазерний промінь, а електричний розряд, подібний до розряду в лампах денного світла.
Розряд слугує для «накачування» робочого тіла (газу всередині скляної трубки). Процес «накачування» полягає в тому, що атоми газу поступово набувають надлишкової енергії від електричного розряду, а потім лавиноподібно віддають її у вигляді імпульсу (спалаху) світла.
За назвою речовини робочого тіла почали класифікувати й самі лазери: газові, рідинні та найзручніші в побуті — твердо-тільні лазери.
Естрадні шоу — далеко не єдине застосування лазерів. Ці пристрої широко використовують у медицині, військовій справі тощо.
Цифровий фотоапарат
Пристроєм, який фіксує зображення, у фотоапараті старих конструкцій була фотоплівка. А в цифрових фотоапаратах таким пристроєм є пластинка, вкрита дуже дрібними світловими датчиками (пікселями).
Кожний із цих датчиків фіксує «шматочок» світлового потоку. Що меншим є розмір пікселя, то якісніше зображення можна отримати. Пластинка гарного фотоапарата нараховує 18-20 мільйонів пікселів. Кількість пікселів у мобільному телефоні менша, оскільки зйомка — не основна функція телефону. Відповідно і якість знімків гірша.
Мікропроцесор фотоапарата обробляє інформацію від сенсорів і запам’ятовує її у вигляді окремого файла. Історія фотографії налічує понад 180 років. Але й у старому фотоапараті, і в найсучаснішому одним із найважливіших елементів є оптична система, яка має забезпечити різке зображення різних об’єктів зйомки: і вашого приятеля, що стоїть поруч, і далеких гір, що видніють на обрії. Схоже, зарано списувати оптику в архів, конструкторам сучасних фотоапаратів і відеокамер вона ще стане в пригоді!
Це цікаво
Дуже часто творці сучасних фільмів свідомо (або через брак знань) перекручують інформацію про можливості лазерів. Наведемо лише кілька прикладів.
Хоч скільки димитимеш, все одно не побачиш. У багатьох фільмах, щоб виявити охоронну сигналізацію, герої пускають клуби диму — і промені лазера стають видимими. Насправді виготовити лазери, які працюють в інфрачервоному (невидимому для ока) діапазоні, набагато простіше, ніж ті, що працюють у видимому діапазоні. Саме їх і використовують у стандартних охоронних системах. Інфрачервоний промінь, скільки його не задимлюй, усе одно залишається непомітним для ока.
Бережіть очі. Лазери у фільмах застосовують для розрізання металевих перешкод (ґрат, дверей сейфа тощо) — і це відповідає дійсності. Ось тільки автори фільмів часто забувають про захист героїв від відбитих променів. Відбиття надпотужного променя від розрізуваного металу буде також досить потужним. Тож, як мінімум, бережіть очі!
Спробуй наздожени. Іноді творці фільмів демонструють, що процес поширення променя подібний до польоту кулі. Це, безумовно, не так. Швидкість руху кулі становить кількасот метрів за секунду. Тому її політ може бути справді зареєстрований за допомогою швидкісної кінозйомки.
А ось аналогічним чином простежити за процесом поширення світлового променя (нагадаємо, що швидкість світла величезна — 300 000 км/с) неможливо.
Орієнтовні теми проектів
1. Складання найпростішого оптичного приладу.
2. Оптичні ілюзії.
3. Дослідження потужності та ККД штучних джерел світла різних типів.
4. Увігнуті дзеркала: властивості та приклади застосування.
5. Оптичні явища в природі.
6. Око і зір.
Теми рефератів і повідомлень
1. Майбутнє — за світлодіодами.
2. Диво фотосинтезу.
3. Міражі: як вони утворюються і де їх можна спостерігати.
4. Навіщо пішоходу на одязі світловідбиваючі поверхні.
Як такі поверхні використовують автомобілісти.
5. Колір і світло.
6. Чому вночі ми майже не розрізняємо кольори.
7. Оптичне мистецтво «Оп-арт» як синтез науки і мистецтва.
8. Дефекти зору та методи їх коригування за допомогою оптичних пристроїв.
9. Зорові тренажери. Чому і як можна відновити зір.
10. Оптичні прилади в медицині.
11. Історія фотографії.
12. Ультрафіолетове очищення води.
13. Чому мильні бульбашки є різнокольоровими.
14. Прилади нічного бачення.
15. Підзорна труба: історія створення, будова, принцип дії.
І Теми експериментальних досліджень
1. Вивчення законів поширення світла за допомогою лазерної указки.
2. Вивчення законів заломлення світла та пов’язаних із ними оптичних ефектів. Оптичні фокуси.
3. Дослідження спектрального складу світла за допомогою призми (відтворення дослідів І. Ньютона).
4. Дослідження заломлюючих властивостей збиральної та розсію-вальної лінз.
5. Виготовлення оптичних пристроїв (камера-обскура, калейдоскоп).
Це матеріал з підручника Фізика 9 клас Бар'яхтар, Довгий
Комментариев нет:
Отправить комментарий